CN104028775A - 一种单分散均匀粒径银纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及贵金属纳米材料领域，具体涉及一种单分散均匀粒径银纳米颗粒的制备方法。本发明开发了一种单分散均匀粒径银纳米颗粒的制备工艺。无需微波、超声等设备辅助，通过简单的一步快速化学反应，即可获得所需的银纳米颗粒。该方法无需昂贵的制备设备，过程工艺简单可控，反应溶剂环境友好，反应条件温和，为银纳米颗粒材料提供了一种低成本、短周期、可工业化实施的新技术。

Description

一种单分散均匀粒径银纳米颗粒的制备方法

技术领域

本发明涉及贵金属纳米材料领域，具体涉及一种单分散均匀粒径银纳米颗粒的制备方法。

背景技术

贵金属纳米粒子因其独特的性质和潜在的应用成为近年来研究的热点。其中银纳米颗粒由于具有独特的光学、电学和催化性质，在电子、化工、生物、军工等诸多领域有着广泛的应用价值。据不完全统计，用于武器装备的电磁屏蔽涂料每年需求量超过600吨(含银30％左右)；而用于电子印刷的高性能浆料每年需求量超过200吨(含银50％左右)；又由于银纳米颗粒具有表面等离子体共振效应，在光伏电池、LED照明、生物医学检测分析上也有着诱人的应用前景。

关于银纳米颗粒的制备方法，目前主要分为物理法、化学法、生物法等。其中，化学法由于具有操作简单、易控制、适合大批量生产等优势，是应用最广的一种制备手段。具体又可分为化学还原法、光还原法、微波辅助还原法、电化学法、超声波化学法、微乳液法等等(M.Rycenga,C.M.Cobley,J.Zeng,W.Y.Li,C.H.Moran,Q.Zhang,D.Qin,and Y.N.Xia,"Controlling the Synthesis and Assembly of Silver Nanostructures forPlasmonic Applications",Chem.Rev.,2011,111:3669-3712)。为了使制备的银纳米颗粒具有优异的性能和良好的可靠性，有几个关键技术亟待解决，其中最主要的在于保持颗粒粒径均一性、分散稳定性。尤其对于小尺寸银纳米颗粒，由于具有较高的比表面积和化学活性，利用简单的化学还原法很难解决颗粒之间的团聚问题。

为了获得均匀粒径、高分散性的银纳米颗粒，研究者们采取了多种实现途径改进颗粒的化学制备工艺，如引入多步化学反应、缓和反应速率、以及采用超声或者微波设备进行辅助等(H.S.Li,H.B.Xia,D.Y.Wang,and X.T.Tao,"Simple synthesis of monodisperse,quasi-spherical,citrate-stabilized silver nanocrystals in water",Langmuir,2013,29:5074-5079)。然而上述方法不仅大大增加了制备周期和成本同时也增加了工艺的不可控性。因此，如果能通过简单的一步化学反应，得到单分散均匀粒径银纳米颗粒，无疑会大幅提高银纳米颗粒的批量化生产能力，对其工业化应用起到重要推动作用。

发明内容

为了解决已有的银纳米颗粒制备工艺中存在的问题，本发明提供了一种简单快捷的单分散均匀粒径银纳米颗粒的制备方法。

一种单分散均匀粒径银纳米颗粒的制备方法，其制备过程为：

1)将硝酸银溶于乙二醇中，充分搅拌至完全溶解，得到0.03g/L的硝酸银澄清溶液；

2)在100ml三口烧瓶中将4-8g聚乙烯吡咯烷酮溶于25ml乙二醇溶液中，快速搅拌，将溶液加热至120℃；

3)以5ml/秒的速度向烧瓶中注入5ml上述硝酸银溶液，保温30min后，使用冰水降温至常温；

4)用丙酮离心洗涤后即得到纳米银溶胶，干燥后可得纳米银颗粒。

利用本发明方法制备的银纳米颗粒具有如下优点：

1.可以简单快捷地制备出单分散均匀粒径的银纳米颗粒，只需一步化学反应即可实现。

2.不需要复杂的辅助制备设备，成本低廉。

3.制备的银颗粒溶胶稳定性好，可以长期存放，多次使用。

4.该方法所用试剂对环境无污染，工艺参数简单，可方便实现批量化生产。

本发明开发了一种单分散均匀粒径银纳米颗粒的制备工艺。无需微波、超声等设备辅助，通过简单的一步快速化学反应，即可获得所需的银纳米颗粒。该方法无需昂贵的制备设备，过程工艺简单可控，反应溶剂环境友好，反应条件温和，为银纳米颗粒材料提供了一种低成本、短周期、可工业化实施的新技术。

附图说明

图1为对比例1中合成的银纳米颗粒的TEM图；

图2为实施例1中合成的银纳米颗粒的TEM图；

图3为对比例2中合成的银纳米颗粒的TEM图；

图4为实施例2中合成的银纳米颗粒的TEM图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

实施例1

1)将硝酸银溶于乙二醇中，充分搅拌至完全溶解，得到0.03g/L的硝酸银澄清溶液；

2)在100ml三口烧瓶中将4g分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮溶于25ml乙二醇溶液中，快速搅拌，将溶液加热至120℃。

3)以5ml/秒的速度向烧瓶中快速注入5ml上述硝酸银溶液，保温30min后使用冰水降温至常温；

4)用丙酮离心洗涤后即得到纳米银溶胶，干燥后可得纳米银颗粒。

对比例1

1)将硝酸银溶于乙二醇中，充分搅拌至完全溶解，得到0.03g/L的硝酸银澄清溶液；

2)在100ml三口烧瓶中将4g分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮溶于25ml乙二醇溶液中，快速搅拌。

3)向烧瓶中缓慢滴加5ml上述硝酸银溶液，以1℃/min的升温速率加热至120℃，保温30min后使用冰水降温至常温；

4)用丙酮离心洗涤后即得到纳米银溶胶，干燥后可得纳米银颗粒。

图1为对比例1中合成的银纳米颗粒的TEM图。可以看到所制备出的银纳米颗粒呈球形形貌。颗粒的粒径在5纳米到50纳米之间变化，并且有些颗粒之间已经发生团聚。图2为实施例1中合成的银纳米颗粒的TEM图。从图中可以看到，所制备出的银纳米颗粒呈球形形貌，尺寸基本分布在20到40纳米。同对比例1中的银颗粒进行比较可以发现，实施例1中所合成的银纳米颗粒的粒径分布更加均匀、分散性更好，颗粒之间的团聚较少。通过消光谱等手段对上述两种银纳米颗粒进行表征，其结果也证实了这一现象。利用实施例1中所述工艺之所以能够获得单分散均匀粒径银纳米颗粒，主要归因为：在热的还原性溶剂中，快速注入银盐溶液后，Ag离子迅速还原为大量的银原子，产生大量的核心，使Ag原子的过饱和度瞬间增大，从而在生长阶段能均匀长大。同传统的类似对比例1所述的化学还原制备工艺相比，这样的生长条件更容易使晶粒的生长状态保持一致，从而提高了产物的单分散性和粒径的均匀性。

实施例2

1)将硝酸银溶于乙二醇中，充分搅拌至完全溶解，得到0.03g/L的硝酸银澄清溶液；

2)在100ml三口烧瓶中将8g分子量为40000的聚乙烯吡咯烷酮溶于25ml乙二醇溶液中，快速搅拌，将溶液加热至120℃。

3)以5ml/秒的速度向烧瓶中快速注入5ml上述硝酸银溶液，保温30min后使用冰水降温至常温；

4)用丙酮离心洗涤后即得到纳米银溶胶，干燥后可得纳米银颗粒。

对比例2

1)将硝酸银溶于乙二醇中，充分搅拌至完全溶解，得到0.03g/L的硝酸银澄清溶液；

2)在100ml三口烧瓶中将8g分子量为40000的聚乙烯吡咯烷酮溶于25ml乙二醇溶液中，快速搅拌。

3)向烧瓶中缓慢滴加5ml上述硝酸银溶液，以1℃/min的升温速率加热至120℃，保温30min后使用冰水降温至常温；

4)用丙酮离心洗涤后即得到纳米银溶胶，干燥后可得纳米银颗粒。

图3为对比例2中合成的银纳米颗粒的TEM图。可以看到所制备出的银纳米颗粒呈球形形貌。颗粒的粒径在20纳米到60纳米之间变化，并且有些颗粒之间已经发生团聚。图4为实施例2中合成的银纳米颗粒的TEM图。从图中可以看到，所制备出的银纳米颗粒呈球形形貌，尺寸基本分布在20到30纳米。同对比例2中的银颗粒进行比较可以发现，实施例2中所合成的银纳米颗粒的粒径分布更加均匀、分散性更好，颗粒之间的几乎无团聚。通过消光谱等手段对上述两种银纳米颗粒进行表征，其结果也证实了这一现象。其形成机制同实施例1中所述。

Claims (1)

1.一种单分散均匀粒径银纳米颗粒的制备方法，其特征在于该方法包括下述步骤：

1)将硝酸银溶于乙二醇中，充分搅拌至完全溶解，得到0.03g/L的硝酸银澄清溶液；

2)在100ml三口烧瓶中将4-8g聚乙烯吡咯烷酮溶于25ml乙二醇溶液中，快速搅拌，将溶液加热至120℃；

3)以5ml/秒的速度向烧瓶中注入5ml上述硝酸银溶液，保温30min后，使用冰水降温至常温；

4)用丙酮离心洗涤后即得到纳米银溶胶，干燥后可得纳米银颗粒。