化学还原法制备银纳米颗粒

Ｖｏｌ．２５Ｎｏ．２安徽工业大学学报第２５卷第２期Ａｐｒｉｌ２００８Ｊ．ｏｆＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００８年４月

文章编号：１６７１－７８７２（２００８）０２－０１２０－０３

化学还原法制备银纳米颗粒

晋传贵１ａ，姜山１ａ，陈刚１ｂ，２

（１．安徽工业大学ａ．材料科学与工程学院；ｂ．冶金与资源学院，安徽马鞍山２４３００２；２．马鞍山钢铁股份有限公司技术中心，安徽马鞍山２４３０００）

摘要：在７０℃时采用聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）和氢氧化钠的混合水溶液，利用葡萄糖还原硝酸银制备了银纳米颗粒。采用Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、能量分散谱（ＥＤＳ）和扫描电子显微镜（ＳＥＭ）对所制备的银纳米颗粒进行了表征。结果表明该法制备的银颗粒为纯的银纳米颗粒，呈球形，粒径分布集中在２０～５０ｎｍ之间。

关键词：银；纳米颗粒；化学还原法

中图分类号：Ｏ６１４．１２２文献标识码：Ａ

ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＳｉｌｖｅｒＮａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｙＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｄｕｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄ

ＪＩＮＣｈｕａｎ－ｇｕｉ１ａ，ＪＩＡＮＧＳｈａｎ１ａ，ＣＨＥＮＧａｎｇ１ｂ，２

（１．ＡｎｈｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａ．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｂ．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｍａａｎｓｈａｎ２４３００２，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒ，Ｍａ＇ａｎｓｈａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｍａ＇ａｎｓｈａｎ２４３０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｉｌｖｅｒｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓａｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆＡｇＮＯ３ｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆｐｏｌｙｖｉｎｙｌｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ（ＰＶＰ）ａｎｄＮａＯＨａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ７０℃，ｇｌｕｃｏｓｅｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎａｇｅｎｔ．ＴｈｅｓｉｌｖｅｒｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇＸ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ），ｅｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（ＥＤＳ）ａｎｄｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｉｌｖｅｒｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄａｒｅｐｕｒｅａｎｄｓｐｈｅｒｉｃａｌｗｉｔｈｎａｒｒｏｗ－ｄｉｓｐｅｒｓｅｄｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒａｎｇｉｎｇｆｒｏｍ２０ｎｍｔｏ４０ｎｍ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｖｅｒ；ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ；ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ

银纳米颗粒由于其优良的传热导电性、表面活性、表面能和催化性能，在电子、催化、光学等领域具有很大的潜在应用价值［１－２］，越来越受到广泛的关注。近年来，银纳米颗粒制备技术迅速发展，制备方法多种多样。按反应条件，主要包括还原剂还原［３］、光照、电极电解、超声电化学法［４］、辐射化学还原法、微乳液法［５］等。这些方法有的工艺控制难度大、产物不稳定；有的设备较为复杂，难以批量化生产。化学还原法因其设备简单、操作方便，成为制备超细银粉的主要方法。本研究采用聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）作保护剂和价格低廉、还原能力温和的葡萄糖作还原剂，用简单工艺制备银纳米颗粒。

１实验

称取１５ｇ葡萄糖和５ｇＰＶＰ，配制成３００ｍＬ混合水溶液，利用氢氧化钠溶液调节其ｐＨ值至１１；称取６ｇ硝酸银配制成１００ｍＬ水溶液。在恒温水浴锅中将上述溶液加热至７０℃，将硝酸银溶液以３０滴／ｍｉｎ的速度均匀地滴加到葡萄糖混合溶液中，搅拌１５ｍｉｎ得到黑色悬浊液。将此悬浊液离心分离，所得固体沉淀用去离子水和无水醇各洗涤３遍，于５０℃下真空干燥，得黑色粉末试样。采用日本理学Ｒｉｇａｋｕ公司的Ｄ／Ｍａｘ－２５００型Ｘ射线衍射仪表征样品的晶型和粒度；采用扫描电子显微镜（ｐｈｉｌｉｐｓ－ｘｌ－３０）附属能谱仪测定样品成收稿日期：２００７－０９－１８

基金项目：８６３项目资助（２００６ＡＡ０３Ｚ４６６）

作者简介：晋传贵（１９６６－），男，安徽无为人，教授，博士。

第２期份；采用扫描电子显微镜（ｐｈｉｌｉｐｓ－ｘｌ－３０）观察样品的形

貌。

２实验结果分析

２．１ＸＲＤ分析

样品的ＸＲＤ图谱如图１所示，图１中的（１１１），

（２００），（２２０），（３１１）和（２２２）峰的出现与标准晶态银卡片

（ＪＣＰＤＳ，Ｎｏ．４－７８３）上的峰一致，表明制备的样品为银

的面心立方晶体结构。衍射图谱中未见其它杂质物相

衍射峰的存在，故所制产物为纯净的单质银。样品的晶

粒尺寸可根据Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式ｄ＝０．８９λ／（Ｂｃｏｓθ）估算（Ｃｕ

靶Ｋα辐射，Ｘ射线波长λ＝１．５４０５６Ａ

!），ｄ为粒径，θ为衍射角，Ｂ为主峰半峰宽所对应的弧度值，以（１１１）晶面

衍射峰为基准计算其粒径尺寸为３２ｎｍ。

２．２ＥＤＳ分析

银纳米颗粒的ＥＤＳ图谱见图２，图２中除了ＡｇＬ

峰外没有氧元素的峰出现，表明制备出来的银纳米颗

粒未被氧化为单质银，这与ＸＲＤ分析的结果一致。

２．３ＳＥＭ分析

肉眼观察银纳米颗粒呈黑色，由于纳米颗粒尺寸

３实验原理与影响因素

３．１反应原理

反应方程式为：

Ａｇ＋＋ＯＨ－→ＡｇＯＨ↓

（１）２ＡｇＯＨ→Ａｇ２Ｏ＋Ｈ２Ｏ

（２）Ｃ５Ｈ６（ＯＨ）５ＣＨＯ＋Ａｇ２Ｏ→Ｃ５Ｈ６（ＯＨ）５ＣＯＯＨ＋２Ａｇ↓（３）

葡萄糖作为还原剂，还原能力较温和，氧化产物是Ｃ５Ｈ６（ＯＨ）５ＣＯＯＨ，不会给反应产物引进金属杂质。本实验中，控制葡萄糖过量以确保一价银被完全还原成单质银。此外，ｐＨ过低将不利于Ａｇ＋全部转化为Ａｇ２Ｏ；ｐＨ高于１２时，ＰＶＰ在水中的溶解度将大大降低，削弱其保护作用。本实验中ｐＨ值控制在１１左右。

比可见光波长短，吸收光波而成为物理学上的理想黑体。将微量银粉末样品制成电镜试样，在扫描电子显微镜下观察形貌。图３（ａ）为７０℃时制备样品的扫描电镜照片，可以看出银纳米颗粒为规则类球形颗粒，分散性好，无明显团聚现象，粒径在２０～５０ｎｍ之间，与根据Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式计算所得的粒径一致。图３（ｂ），（ｃ）分别是其它条件不变，反应温度在７５，８０℃时所得产物的扫描电镜照片，由图３可以看出，温度升高，颗粒团聚加剧，粒径变大。

晋传贵等

：

化学还原法制备银纳米颗粒１２１