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結果表明得到了花狀、片狀、單分散顆粒狀等銀納米晶體，EDX結果表明產物是純銀納米金屬晶體，無其他雜質。實驗中考察了晶種加入量和生長母液濃度對產物形貌的影響，通過控制各種因素從而達到對產物形貌的可控制備。

關鍵詞：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性質而成為納米科學研究的焦點之一[1-2]。Haruta[3]等發現負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具有催化活性，此后銀納米顆粒對于多種化學反應的催化潛力一直為學術界所關注。

1.1 銀納米材料的應用

目前銀納米材料的主要應用集中在三大塊：開發新型納米材料、提供納米傳感器的基礎構件、構造納米電子器件，而這些應用分別依賴于銀納米材料獨特的化學性能，光學性能和電學性能。對于銀納米材料的光學性能的一個常用的領域是表面增強拉曼散射光譜[4]測試技術，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、單分子層分析、痕量分析、傳感等等領域。

1.2 銀納米材料的化學制備

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法兩大類[5]，其中化學法因其工藝簡單，經濟，對設備要求低，容易規模化等優勢從而得以迅猛發展。結合各種方法制備的機理，特點以及重要性，可以將化學法分為四類：模板法，電化學法，晶種法，多元醇法和濕化學法。

1.3 本實驗研究內容及意義

本實驗以硝酸銀為前驅體，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，天津市北方天醫化學試劑廠）

聚乙烯吡咯烷酮（PVP） （上海藍季科技發展有限公司，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，滴加完畢后繼續攪拌2h。將得到的產物用離心機離心分離，轉速4000轉/min。分別用水和無水乙醇各洗三次。將得到的產物分散到水中，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，具體產物形貌列于表1。

3 結果與討論

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電漿料的優質材料。當晶種溶液加入量為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]嚴冬生.納米材料的合成與制備[J].無機材料學報，1993，10（1）：1-6.

[2]張立德，牟季美.納米材料和納米結構[M].北京：學科出版社，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[M].北京：化學工業出版社，2005：32，87-90.