贵金属银、金及其合金纳米颗粒的化学还原法制备研究
纳米材料是21世纪的研究热点。金属纳米材料因其独特的物理化学性质而引起研究者的广泛关注。其中,贵金属纳米材料在电子学、光学、催化、传感、生物标记以及光电纳米器件等众多领域具有良好的应用前景,成为国内外研究开发的重点。选择合适的保护剂,有效控制晶体的各向异性生长是制备不同形貌和尺寸纳米材料的关键。目前,研究者不断开发出简单、可靠、节约成本的新方法,旨在推动纳米材料的大规模生产。其中,化学还原法是一种具有良好发展前景的制备贵金属纳米材料的方法。
本文采用化学还原法,在有机和水相体系中得到了不同形貌、尺寸的贵金属银、金及其合金纳米颗粒。并利用透射电子显微镜(TEM)、高倍透射电子显微镜(HR-TEM)、X-射线衍射(XRD)、电子选区衍射(SAED)、紫外-可见光谱(UV-Vis)等测试手段对其进行表征。
首先,我们利用有机溶剂,表面活性剂司班80和银的前驱物硝酸银构成微乳液体系来制备银纳米颗粒。考察了有机溶剂种类和组成,还原剂和硝酸银浓度、比例,反应温度等条件对实验结果的影响。经过优化实验条件,最终得到环己醇-环己酮溶剂体系制备单分散银纳米颗粒的最佳条件为:环己醇和环己酮加入量分别为18ml,12ml,司班80加入量为3ml,2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)为0.09g,硝酸银的水溶液为0.3ml(0.058M),反应温度为80℃,反应时间为4h。
在水相体系中,我们采用羧甲基纤维素钠(CMC)兼做保护剂和还原剂,分别制备得到了银、金纳米颗粒。在制备银纳米颗粒过程中,考察了CMC和硝酸银含量及二者比例,反应温度等条件对所得银纳米粒子尺寸、形貌和光学性能的影响。最终得到CMC体系中制备单分散银纳米颗粒的优化条件为:去离子水20ml,CMC含量0.06wt％,氢氧化钠(0.1M)加入量0.5ml,硝酸银(0.2M)加入量为0.1ml,反应温度为80℃,反应时间4h。
利用无机磷酸盐做保护剂制备贵金属纳米颗粒的方法未见文献报道。在水相体系中,我们首次使用磷酸钠、三聚磷酸钠(Sodium tripolyphosphate,STPP)和六偏磷酸钠(Sodium Hexametaphosphate,SHMP)做保护剂,制备了银、金及其合金纳米颗粒。在STPP体系中,可以制备得到不同形貌、尺寸的银纳米颗粒。通过对实验条件的考察,制备得到了大量的棒状银纳米颗粒,通过各种表征手段,我们研究了银纳米棒的生长机理,结果表明:STPP作为线性分子,在水溶液中起到纳米棒生长的模板作用,引起银纳米颗粒的各向异性生长;银纳米颗粒主要沿着晶体的(111)面缓慢生长,并最终形成棒状结构。此外,STPP体系同样可以制备得到粒径均匀的金和金一银合金纳米颗粒。
聚丙烯酸钠(PAAS)是一种生物相容性良好的高分子化合物,利用其做保护剂,首次制备得到了片状银纳米颗粒。考察了PAAS浓度,葡萄糖和硝酸银浓度及二者比例,反应温度等条件对实验结果的影响,制备得到了粒径均一的球形银纳米颗粒以及三角形、五边形、六边形片状银纳米颗粒。
贵金属;纳米银;纳米金;化学还原法;透射电镜
天津大学
博士
化学工艺
邹竞;王虹
2010
中文
TB383
101
2011-08-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）