多面體納米銀粉的制備及表征

敖玉銀

內(nèi)蒙古科技大學化學與化工學院，內(nèi)蒙古 包頭 014000

納米銀粉因具有特異的量子尺寸效應和表面效應使得其在催化、微電子、光電子和電導材料等領域應用廣泛［1－8］.不同的應用領域對納米銀粉的粒徑有不同的要求.球形、粒徑小和粒度分布窄的納米銀粉導電性好，是一種優(yōu)良的電極材料.因此，制備規(guī)則球形納米銀粉，對提高電池性能很關鍵.液相還原法制備納米銀粉具有工藝簡單、操作方便等優(yōu)點，目前得到廣泛應用.Ullah等人［9］以丙三醇為還原劑，在間苯二胺的保護下還原高濃度硝酸銀，得到各向異性的納米銀粒子；Park等人［10］在強酸性條件下制備了粒徑為10～30nm的納米銀粉；Rae等人［11］在強酸性條件下用萘磺酸鈉和甲醛共聚物作保護劑，以抗壞血酸還原硝酸銀，得到各種形貌的納米銀粒子.但是，在酸性條件下要得到規(guī)則球形且粒徑分布均勻的納米銀粉操作較復雜.而在堿性條件下制備形狀規(guī)則、粒徑小和粒度分布窄的納米銀粉還沒有見文獻報道.為此，本文作者在堿性條件下，采用液相化學還原法制備了形狀規(guī)則、分散性好的多面體（立方體）納米銀粉，并用掃描電鏡觀察銀粉的形貌，用X射線衍射儀分析銀粉的晶體結構.

1 實 驗

1.1 試劑與儀器

試劑：硝酸銀 w（AgNO3）≥99.8%（分析純），氨水w（NH3·H2O）＝25%（分析純），硼氫化鉀w（KBH4）≥99.0%（分析純），購于廣州金華大試劑有限公司；十六甲基溴化銨（CTAB，分析純），購于上海阿拉丁化學試劑公司，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）；濃鹽酸w（HCl）≥99.0%（分析純），無水乙醇（分析純），購于廣州金華大試劑有限公司；實驗用水為凈化的二次去離子水，電阻率≥18.2MΩ／cm，25℃.

儀器：JEOL－2010型掃描電子顯微鏡（SEM）；Zetasizer－3000HS型粒度分析儀（Malvern Instruments UK）；TG16－WS型臺式高速離心機（湘儀離心機廠）；KQ3200E型超聲波儀器（昆山超聲儀器有限公司）；T09－1S型恒溫磁力攪拌器（上海司樂儀器廠）；BS124S型電子天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）.

1.2 納米銀的制備

將1.5g AgNO3溶于少量的蒸餾水中，分別加入適量的表面活性劑PVP和CTAB，使其充分溶解.然后加熱到80℃，逐滴加入氨水直至產(chǎn)生的沉淀完全溶解，磁力攪拌，最后加入30mL，0.1mol／L的硼氫化鉀，常溫下反應4h，最后自然冷卻到室溫.將所得到的反應物以10000r／min的轉速離心分離10min，分別用無水乙醇和蒸餾水洗滌3次離心分離的產(chǎn)物，最后將離心分離后的產(chǎn)物置于60℃干燥箱干燥5h，所得產(chǎn)物為納米銀粉.

1.3 表 征

取少量干燥后的納米銀粉末于全自動X射線粉末衍射儀進行表征（XRD，MSAL－XD2，Cu靶，λ＝15.406nm，工作電壓36kV，工作電流20mA，掃描速度5°／min，掃描角度2θ范圍10°～90°）.將離心分離的納米銀用無水乙醇稀釋，經(jīng)超聲波振蕩30min后，將納米銀溶液滴在銅網(wǎng)上，晾干，用JEOL－2010型透射電子顯微鏡（TEM，加速電壓為200kV）觀察納米銀粒子的形貌.將所得納米銀取少量分散在蒸餾水中，使其分散成納米銀懸濁液，經(jīng)超聲波分散數(shù)十分鐘，用Zetasizer－3000HS粒度分析儀進行粒徑分布分析.

2 結果與討論

2.1 銀納米粒子掃描電子顯微鏡表征

圖1為制備的納米銀的掃描電子顯微鏡（SEM）照片，從圖1（a）可見，以PVP為分散劑制備的納米銀粒徑大小均一，而且呈現(xiàn)出好的單分散性，粒徑為150nm左右.通過加入具有表面包裹劑的聚乙烯吡咯烷酮，得到的納米銀粒子具有好的分散性和均一性，這是因為聚乙烯吡咯烷酮的長鏈分子伸向四周，將納米銀表面包圍，降低納米銀的表面活性，利用空間位阻效應限制納米銀粒子的聚集，阻止納米銀粒子間的相互吸附作用.以CTAB為分散劑得到的納米銀的形貌如圖1（b）所示，從圖1（b）可見，納米銀的粒徑大小均一，且呈現(xiàn)出好的單分散性，粉體顆粒的形狀為多面體.

圖1 納米銀粉的微觀形貌（a）以PVP為表面活性劑；（b）以CTAB為表面活性劑Fig.1 Micro－morphology of nano silver powder（a）PVP surfactant；（b）CTAB surfactant

2.2 多面體納米銀XRD表征分析

圖2 所示為以CTAB為分散劑所制備的納米銀粉的X射線衍射譜.從圖2可見，采用硼氫化鉀還原制備的納米銀粉在衍射角（2θ）為38°，44°，64°，77°和81°處顯示出衍射強峰，這些衍射峰分別歸屬 于 金 屬 銀 的 （fcc）的 （111），（200），（220），（311）和（222）的晶面衍射，均為為銀的衍射峰，沒有其他氧化物的衍射峰出現(xiàn)，因此，可以確定所得產(chǎn)物為銀.

圖2 X射線衍射（XRD）檢測Fig.2 X－ray spectrum for nano－silver powder

2.3 多面體納米銀粒徑分布與純度分析

圖3 為納米銀粒子的粒徑分布及能譜分析，從圖3（a）可以看出，以硼氫化鉀做還原劑，以CTAB為分散劑，制備的納米銀粒徑呈正態(tài)分布，粒度分布較窄，大部分粒子的粒徑在150～250nm，平均粒徑200nm.從圖3（b）可見，樣品中除Ag元素外，無其他雜質元素.

圖3 （a）多面體納米銀粉的粒徑分布；（b）能譜分析Fig.3 （a）Particle size distribution of nano－silver；（b）EDS of nano－silver

3 結 論

（1）采用液相化學還原法，以硼氫化鉀為還原劑，以CTAB為形貌誘導劑，經(jīng)加熱攪拌、高速離心分離和真空干燥后制備出粒度分布窄、形狀規(guī)則的多面體納米銀粉.

（2）所制備的多面體納米銀粉的XRD譜表明，多面體納米銀粉均為銀的衍射峰，沒有其他氧化物衍射峰出現(xiàn)，因此，可以確定所得產(chǎn)物為銀.

（3）多面體納米銀粉粒度分布為150～250nm，平均粒徑為200nm，分散性好，屬面心立方晶系純相納米銀，呈規(guī)則多面體.

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