水浴法制备银纳米粒子及表征

水浴法制备银纳米粒子及表征
申雅静;张莉
【摘要】在90′C水浴条件下,以PVP为分散剂,用甲酸还原银氨溶液制备银纳米颗粒.紫外用-可见分光光度计检测银纳米粒子的生成过程,用X-射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对其结构和形貌进行表征,并用纳米粒度及Zeta电位分析仪测定其粒径分布.银纳米颗粒的粒径分布在60～70 nm之间,而且粒子呈现球形结构.【期刊名称】《宿州学院学报》
【年(卷),期】2012(027)008
【总页数】4页(P14-17)
【关键词】银氨溶液;甲酸;PVP;银纳米颗粒;水浴
【作者】申雅静;张莉
【作者单位】宿州学院自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室培育基地,安徽宿州,234000;宿州学院化学与生命科学学院,安徽宿州,234000;宿州学院自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室培育基地,安徽宿州,234000;宿州学院化学与生命科学学院,安徽宿州,234000
【正文语种】中文
【中图分类】O614.122
纳米粒子因具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,而具有独特的光、电、磁、热和催化性能。

银纳米粒子具有较高的表面活性、优良的导电性、催化性及杀菌性能,现已被广泛应用于电池、导电涂料、催化及生物医药等
领域[1-4],因此,纳米银的制备和性能研究越来越受到人们的关注。

目前,银纳米材料的制备方法有很多,如聚合物法[5]、微乳液或反胶束法[6]、模板法[7]、气液固法[8]、电化学沉积法[9]、化学还原法[10]等。

一般制备得到的银纳米颗粒具有较大的比表面积和较高的自由能,因此,为了保持银
纳米粒子在溶液中的稳定性,通常加入表面活性剂和聚合物等作为稳定剂和分散剂。

例如,Yun Han在紫外光下,将柠檬酸钠加入到 AgNO3溶液中,选择合适的水浴温度,加热合成了单分散性、球状的银纳米颗粒,并对其 SERS活性进行了研究[11]。

Leopold N.利用NaOH调节溶液pH值为 7,用盐酸羟胺还原 AgNO3溶液制备纳米银粒子[10]。

此外,最近有文献报道,利用乙烯基乙醇作为溶剂和还原剂,吡咯烷酮作修饰剂,控制晶面生长速率,制备正方或三角形的银纳米块[12-13]。

对制备银纳米材料的探究,仍是人们研究的热点。

笔者采用水浴还原法来制备纳米银粒子。

利用PVP作为分散剂、甲酸作为还原剂,水浴条件下还原银氨溶液制备出分散性好、颗粒均匀且粒径较小的银纳米颗粒。

相比其他制备方法,该方法的原料易得、操作简便快捷、可控性好、无污染,是一种低
成本、可快速合成纳米粒子的方法。

药品:硝酸银(AgNO3,国药集团化学试剂有限公司),聚乙烯基吡咯烷酮(PVP,中国医
药集团上海化学试剂公司),甲酸(HCOOH,上海试剂一厂),氨水(NH3· H2O,宿州化
学试剂有限公司),氢氧化钠(NaOH,上海苏懿化学试剂有限公司),以上试剂均为分析纯,配制溶液所需溶剂均为超纯水(惠通EDI-500型纯水设备)。

仪器:HH-1数显恒温水浴锅(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司),DZF-6050型真空干燥箱(上海三发科学仪器有限公司),FA2004电子天平(上海精密科学仪器有限
公司),80-2离心机(江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司),KQ5200DB型数控超声
波清洗器(昆山市超声仪器有限公司),UV-3310型紫外-可见分光光度计(日本Hitachi公司),JEM-100SX型透射电镜(Transmission electro microscopy,TEM,
日本电子公司,加速电压 80 kV),DX-2600型X-射线射仪(丹东方圆仪器有限公司),ZS90型纳米粒度及Zeta电位分析仪(英国马尔文仪器有限公司)。

取 50 m L AgNO3(0.12 mol/L)溶液置于洗涤干燥过的烧杯中,滴加 2 mL
NaOH(0.43 mol/L)溶液,溶液呈棕黑色,再向烧杯中逐滴加入稀氨水(1.2 mol/L)直
至溶液澄清为止。

然后,再加入 7 mL的HCOOH(0.44 mol/L)和 5 mL的
PVP(0.002 mol/L)溶液。

将烧杯放入90℃的水浴锅中,溶液从无色经过棕色透明液、黄褐色浑浊液,最后变成土黄色乳浊液,整个反应过程为 30 min。

将产物离心分离,
用二次蒸馏水和无水乙醇洗涤,并用超声波清洗器超声振荡分散,二次离心分离,重复上述操作数遍后,在60℃的真空恒温箱中干燥6 h,产物备用检测。

反应前各溶液的紫外-可见吸收光谱如图 1所示,图中曲线 a、b、c分别为甲酸、
银氨溶液、AgNO3的紫外-可见光吸收曲线。

从图 1中可以看出,HCOOH(曲线 a)无特征吸收;AgNO3(曲线c)在 300 nm左右
处有一个特征吸收峰,且吸收强度较大;银氨溶液(曲线b)的吸收峰和 AgNO3的吸
收峰位置大致相同,吸收强度相对较低,可能是由于NH3· H2O的影响所造成的。

图2为反应溶液随时间变化的UV-vis图。

a到f分别代表反应时间 0 min、 5 min、 10 min、 17 min、25 min、32 min时的 UV-vis图。

可以明显观察到在350～600 nm之间有特征吸收峰,并且随着时间的推移,吸收峰的强度依次增强,同时,吸收峰的位置逐渐发生红移。

其中5 min、10 min时最大吸收峰位在420 nm 左右。

但随着反应时间的推移,吸收峰的位置发生红移,32 min时最大吸收峰出现
在 480 nm左右,红移了60 nm。

可以看出吸收峰的位置随粒径的增大而向长波区移动。

这说明随着反应时间的进行,纳米粒径增大,其特征吸收峰红移,这和文献[14-15]的报道相一致。

反应30 min时,银纳米颗粒的TEM图如图3所示,在低倍的 TEM(图 3a)图中,银纳米粒子为单分散的球状结构,大部分粒径处于 50～ 90 nm之间,少量粒径为10 nm。

图3b是银纳米粒子的高倍T EM的照片,可以清晰看到纳米颗粒粒径均匀,且粒径
在60～ 70 nm之间,分散性良好。

由于 HCOOH的存在,可以防止生成的单质银进一步被氧化。

银纳米粒子的粒径分布情况可以通过 Zeta电位分析仪测得。

从图4中可以看到,绝大数粒子的粒径范围在 50～ 100 nm之间,其中 50～ 90 nm的颗粒最多,总体的
平均粒径为60～ 70 nm。

这与 TEM图观察的情况大体相符。

纳米银粒子的 XRD分析如图 5所示,在2 θ角为38.14°、44.10°、64.60°、
77.39°有 4个明显的衍射峰,分别对应于面心立方银的(111)、(200)、(220)和(311)晶面的衍射峰。

同 JCPDS标准卡片中 (编号为04-0783)完全一致,表明生成
的产物为单质银。

在90℃水浴条件下,用 PVP作分散剂,用HCOOH还原银氨溶液,制备出银纳米粒子。

银纳米粒子为单分散球状结构,粒径分布均匀,平均粒径为60～ 70 nm。

其反应条
件温和,操作简便,制备工艺简单,清洁卫生,具有广泛的应用前景。

此方法还可以应用于其他纳米材料的制备。

*通讯作者:张莉(1967-),女 ,安徽宿州人,博士 ,教授,主要研究方向:纳米功能材料的
制备与应用。

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