銀納米片的合成及紫外可見光譜分析 實驗課程教改與實踐

朱言宇，秦雅馨，朱黎雪，吳越(合肥師范學院化學與化學工程學院，安徽 合肥 230601)

0 引言

納米銀粒徑一般在25～50 nm之間，因其表面效應、量子尺寸效應等特點，殺菌消毒能力強且抗菌持久、無耐藥性，在醫療領域、綠色家具家電、紡織行業上有著廣泛的應用[1-3]。如何獲得性能更加穩定高效的銀納米粒子一直是高校院所、相關生產企業研究的重點[4-6]，越來越多的高校將銀納米粒子的合成引進本科生實驗教學中。為了不受實驗條件和場地的局限，尋找更加簡便易操作的實驗步驟，本文在現有實驗教學內容基礎上進行了一定的改革，并且探究了保護劑的種類和用量對銀納米粒子紫外光譜的影響，從而為拓寬高校本科生無機化學實驗課程教學中的銀納米片的合成及紫外可見光譜分析這一實驗項目教學途徑提供實踐基礎。

1 試劑與儀器

實驗主要試劑：硼氫化鈉，分析純，100 g，西隴科學股份有限公司；硝酸銀，分析純，100 g，上海試四赫維化工有限公司；聚乙烯呲咯烷酮K30，優級純，100 g，國藥集團化學試劑有限公司；二水合檸檬三鈉，分析純，500 g，國藥集團化學試劑有限公司；聚乙二醇400，醫藥級，500 g，江西益普生；吐溫80，分析純，500 mL，天津市光復精細化工研究所；無水乙醇，分析純，500 mL，江蘇強盛功能化學股份有限公司。所有試劑均未進一步提純，實驗用水均為去離子水。

實驗主要儀器及型號：電子分析天平，FA1004，上海橫平儀器儀表廠；真空干燥箱，DZF-6030A，上海-恒科學儀器有限公司；數控超聲波清洗器，KQ3200DE，昆山市超聲儀器有限公司；紫外—可見分光光度計，UV2550，島津(香港)有限公司。

2 實驗方法

2.1 銀納米粒子的合成

平行移取1.0 mL AgNO3(0.04 mmol/L)溶液置于5支潔凈干燥的試管中，迅速向每支試管中加入0.05 mL NaBH4(0.1 mol/L)水溶液，再分別移取不同體積(0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL)的保護劑置于試管中，充分震蕩搖勻至保護劑完全溶解，靜止，待溶液色澤均勻無氣泡。每個試管的反應時間均為15 min。為了探究反應時間對銀納米粒子合成的影響，分別在反應時間為5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min時測銀納米粒子的紫外吸收光譜，實驗發現當反應15 min時紫外吸收光譜中能見到明顯的銀納米粒子吸收峰。反應時間延長，銀納米粒子的最大吸收波長(λmax)和吸光度(A)未有明顯改變。在本科生此實驗項目教學中若不探究銀納米粒子形貌，只掌握銀納米粒子的液相還原合成方法，可以將反應時間縮短為15 min。在銀納米粒子合成過程中，要注意NaBH4和保護劑的加入順序，實驗中我們發現，當先加入保護劑后加入NaBH4，不能很好地獲得銀納米粒子，紫外吸收光譜中未能見到銀納米粒子的吸收峰。

2.2 不同保護劑下銀納米粒子紫外吸收光譜表征與分析

直接以銀納米粒子溶液為待測液，以去離子水為參比液，在UV-2550紫外—可見分光光度計上測定相應溶液的最大吸收波長(λmax)和吸光度(A)。圖1、圖2、圖3、圖4分別為以PEG400、PVP(0.2 mol/L(單體濃度))、吐溫80、檸檬酸三鈉(30 mmol/L)為保護劑的納米銀溶液在300～450 nm范圍內的紫外吸收光譜圖。

圖1 不同PEG400體積下制備的銀納米粒子溶液的紫外—可見光譜

圖2 不同PVP體積下制備的銀納米粒子溶液的紫外—可見光譜

圖3 不同吐溫80體積下制備的銀納米粒子溶液的紫外—可見光譜

圖4 不同檸檬酸三鈉體積下制備的銀納米粒子溶液的紫外—可見光譜

2.3 結果與討論

為了探究保護劑的種類和用量對銀納米粒子紫外光譜的影響，本實驗中均移取1.0 ml AgNO3(0.04 mmol/L)溶液作為金屬前驅體，0.05 ml NaBH4(0.1 mol/L)水溶液作為還原劑，保護劑的用量分別為0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL，反應時間均為15 min。由圖1可知，隨著PEG400體積增加，對應溶液最大吸收峰位置從403 nm紅移到412 nm。由圖2可知，隨著PVP體積增加，對應溶液最大吸收峰位置從404 nm藍移到400 nm。由圖3可知，隨著吐溫80體積增加，對應溶液最大吸收峰位置從410 nm藍移到405 nm。由圖4可知，隨著檸檬酸三鈉體積增加，對應溶液最大吸收峰位置從409 nm藍移到406 nm。

通過以上實驗得知：保護劑的種類和用量對銀納米粒子的最大吸收峰位置有著明顯影響，PEG400體積增大，吸收峰發生紅移，PVP、吐溫80、檸檬酸三鈉體積增大，吸收峰發生藍移。實驗表明，以NaBH4作為還原劑，不論使用哪種保護劑均能成功合成銀納米粒子。

3 結語

在《銀納米片的合成及紫外可見光譜分析》這一實驗項目基礎上，本實驗以普通試管作為反應容器、反應中不加入H2O2、縮短反應時間以及所有試劑用量減小的情況下，成功合成了銀納米粒子，并探究了保護劑的種類和用量對銀納米粒子最大吸收峰位置的影響。本實驗結果表明，可以在本科生此實驗項目教學中簡化實驗裝置，減少試劑用量和縮短反應時間，選用不同保護劑來合成銀納米粒子并對其進行紫外光譜分析。