晶種法制備銀納米材料

郝波

摘 要：本論文以10mmol/L硝酸銀為前驅(qū)體，采用NaBH4為還原劑，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為保護劑制備了銀納米晶種，紫外檢測結(jié)果表明在波長398nm處有典型的銀納米顆粒的吸收峰。以此銀納米晶種為一級晶種，采用抗壞血酸為還原劑，PVP為保護劑，以不同濃度硝酸銀為生長母液，通過加入不同量晶種得到了各種不同形貌的銀納米晶體，并對產(chǎn)物進行掃描電子顯微鏡（SEM）和光電子能譜分析（EDX）等表征。SEM結(jié)果表明得到了花狀、片狀、單分散顆粒狀等銀納米晶體，EDX結(jié)果表明產(chǎn)物是純銀納米金屬晶體，無其他雜質(zhì)。實驗中考察了晶種加入量和生長母液濃度對產(chǎn)物形貌的影響，通過控制各種因素從而達到對產(chǎn)物形貌的可控制備。

關(guān)鍵詞：晶種法；聚乙烯吡咯烷酮；抗壞血酸；銀納米材料；可控制備

1 概述

納米材料是指在三維空間任何一個方向上處于1-100nm尺度的材料，而這樣的材料通常表現(xiàn)出不同于宏觀物體或者單個孤立原子的奇異特性，納米材料的基本性能對尺度的依賴方式比較特別。銀納米顆粒由于其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)而成為納米科學(xué)研究的焦點之一[1-2]。Haruta[3]等發(fā)現(xiàn)負(fù)載于過渡金屬氧化物上的銀納米顆粒在溫度低至197K時也能對一氧化碳氧化反應(yīng)具有催化活性，此后銀納米顆粒對于多種化學(xué)反應(yīng)的催化潛力一直為學(xué)術(shù)界所關(guān)注。

1.1 銀納米材料的應(yīng)用

目前銀納米材料的主要應(yīng)用集中在三大塊：開發(fā)新型納米材料、提供納米傳感器的基礎(chǔ)構(gòu)件、構(gòu)造納米電子器件，而這些應(yīng)用分別依賴于銀納米材料獨特的化學(xué)性能，光學(xué)性能和電學(xué)性能。對于銀納米材料的光學(xué)性能的一個常用的領(lǐng)域是表面增強拉曼散射光譜[4]測試技術(shù)，金屬銀能大大提高拉曼光譜的靈敏度，因而可用在表面科學(xué)、單分子層分析、痕量分析、傳感等等領(lǐng)域。

1.2 銀納米材料的化學(xué)制備

近十年來，國際上報道了大量的制備銀納米材料的方法，主要分為物理法與化學(xué)法兩大類[5]，其中化學(xué)法因其工藝簡單，經(jīng)濟，對設(shè)備要求低，容易規(guī)?；葍?yōu)勢從而得以迅猛發(fā)展。結(jié)合各種方法制備的機理，特點以及重要性，可以將化學(xué)法分為四類：模板法，電化學(xué)法，晶種法，多元醇法和濕化學(xué)法。

1.3 本實驗研究內(nèi)容及意義

本實驗以硝酸銀為前驅(qū)體，采用NaBH4作為還原劑，以聚乙烯吡咯烷酮為保護劑制備了銀納米晶種，以此銀納米晶種為一級晶種，采用抗壞血酸為還原劑PVP為保護劑以不同濃度的硝酸銀為生長母液，得到不同形貌的銀納米晶體。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器與試劑

2.1.1 實驗儀器

離心機 （江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司）

FA1104電子天平 （上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）

紫外吸收光譜儀 （Oxford INCA detector installed on the SEM）

SEM掃描電子顯微鏡 （JEOL JSM-7000F instrument）

2.1.2 實驗試劑

硝酸銀 （分析純，天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠）

聚乙烯吡咯烷酮（PVP） （上海藍季科技發(fā)展有限公司，德國BASF公司）

抗壞血酸 （分析純，天津市泰興試劑廠）

硼氫化鈉 （分析純，天津市化學(xué)試劑三廠）

2.2 銀納米晶體的晶種法制備

2.2.1 原始晶種的制備

用全電子天平取0.1870g硝酸銀用去離子水溶解，然后稀釋到100mL容量瓶中，得到10mmol/L硝酸銀溶液待用。取0.1760g抗壞血酸用去離子水溶解，然后稀釋到10mL容量瓶中，得到100mmol/L抗壞血酸溶液待用。取0.0038g硼氫化鈉加入到1mL冰水中。

取1mL10mmol/L硝酸銀稀釋到100mL，加入0.5gPVP，磁力攪拌30min。立即把新配置的1mL硼氫化鈉溶液逐滴加入上述溶液中，繼續(xù)攪拌2h，得到晶種，取5mL。用紫外吸收光譜儀測量300.00nm到800.00nm之間的波峰，掃描速度120nm/min，掃描間隔0.2nm。

2.2.2 銀納米晶體的制備

銀納米晶體的制備，分別取2.5mL，5mL，10mL，10mmol/L的硝酸銀溶液，以去離子水稀釋至50mL，向其中加入0.5gPVP，再將混合液攪拌30min，再向其中分別加入20mL，10mL，5mL，2mL，1mL，0.5mL，0.1mL，0.05mL的晶種母液，繼續(xù)攪拌30min后向該混合液中緩慢滴加1ml新配制的抗壞血酸溶液（100mmol/L），保證抗壞血酸過量，滴加完畢后繼續(xù)攪拌2h。將得到的產(chǎn)物用離心機離心分離，轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/min。分別用水和無水乙醇各洗三次。將得到的產(chǎn)物分散到水中，滴在硅片上用掃描電子顯微鏡進行表征，得到不同形貌的銀納米晶體，具體產(chǎn)物形貌列于表1。

3 結(jié)果與討論

3.1 晶種的UV-VIS吸收光譜表征

對實驗得到的一級晶種進行UV表征，在波長398nm處有典型的銀納米顆粒的吸收峰，說明一級晶種為純銀晶體顆粒。

3.2 樣品形貌、組成表征

3.2.1 晶種加入量的影響

當(dāng)晶種溶液加入量為20mL，10mL，5mL，2mL時，銀納米顆粒為分散型晶體，并且銀納米顆粒隨晶種溶液加入量減少而尺寸變大，晶種溶液加入量為5mL和2mL時，得到半透明六邊形銀納米顆粒，將這種顆粒分離出來是制作導(dǎo)電漿料的優(yōu)質(zhì)材料。當(dāng)晶種溶液加入量為1mL時，銀納米晶體即有分散型又有聚合型晶體。當(dāng)晶種溶液加入量為0.5mL，0.1mL，0.05mL時，銀納米晶體為聚合型晶體。

3.2.2 生長液濃度的影響

晶種濃度為0.1mmol/L，晶種加入量為5mL，生長液濃度越大，所得到的銀納米晶體體積越大，生長液濃度越小，所得到的銀納米晶體體積越小。當(dāng)生長液濃度為0.2mmol/L和0.5mmol/L時，銀納米晶體為分散型晶體，并且當(dāng)生長液濃度為0.5mmol/L時，又得到了半透明六邊形銀納米顆粒，當(dāng)生長液濃度為1mmol/L時，銀納米晶體即有分散型又有聚合型晶體。當(dāng)生長液濃度為2mmol/L時，銀納米晶體為長柱狀花瓣晶體顆粒。

4 結(jié)束語

（1）利用晶種法，在銀納米晶體的制備中，得到了長柱狀花瓣晶體顆粒、多面體花瓣晶體顆粒、單分散晶體顆粒、飯團狀晶體顆粒等形貌和尺寸各異的晶體顆粒，其中飯團狀晶體顆粒是首次得到，其應(yīng)用價值有待于進一步研究。

（2）在生長液濃度不變時，晶種溶液加入量為20mL，10mL，5mL，2mL時，銀納米顆粒為單分散型晶體顆粒；晶種溶液加入量為1mL時，銀納米晶體即有單分散型又有聚合型晶體；晶種溶液加入量為0.5mL，0.1mL，0.05mL時，銀納米晶體為聚合型晶體。晶種溶液加入量為1mL和0.5mL時，銀納米晶體顆粒為多面體花瓣狀晶體顆粒；晶種溶液加入量為0.1mL，0.05mL時，銀納米晶體顆粒為長柱狀花瓣晶體顆粒。

（3）在晶種溶液加入量不變時，生長液濃度為0.2mmol/L和0.5 mmol/L時，銀納米晶體為單分散型晶體；當(dāng)生長液濃度為1mmol/L時，銀納米晶體即有單分散型又有多面體花瓣狀晶體顆粒；當(dāng)生長液濃度為2mmol/L時，銀納米晶體為長柱狀花瓣晶體顆粒。

參考文獻

[1]嚴(yán)冬生.納米材料的合成與制備[J].無機材料學(xué)報，1993，10（1）：1-6.

[2]張立德，牟季美.納米材料和納米結(jié)構(gòu)[M].北京：學(xué)科出版社，2001：25，51-66，68-78，112-116.

[3]Haruta.Novel catalysis of gold deposited on metal oxides[J].Catal.Sur.Jpn.1997，1（5）：61-73.

[4]Matejka P，Vlckova B，Vohlidal J，et al.J.Phys.Chem.[J].1992，96： 1361-1366.

[5]汪信，劉孝恒.納米材料化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：32，87-90.