CN101934377A - 一种快速高效的银纳米线合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种银纳米线的合成方法。它的步骤为：1)在反应器中通入惰性气体，加入2体积份的乙二醇，搅拌，加热，冷凝回流；快速加入1体积份的摩尔浓度为0.1～0.5m的硝酸银乙二醇溶液，同时缓慢滴加1～2体积份的摩尔浓度为0.15～0.75m的PVP和4～32μm的MnCl₂的乙二醇溶液，反应后，冷却至室温，即得银纳米线的反应母液。2)将银纳米线反应母液移入离心管中，加入丙酮，离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，加入去离子水或乙醇，离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，重复此操作1～3次，沉淀物用乙醇提取、分散，得到银纳米线。本发明缩短了反应时间，并且在高浓度条件下银纳米线的合成仍然具有较高的选择性。

Description

一种快速高效的银纳米线合成方法

技术领域

本发明涉及纳米材料合成技术领域，尤其涉及一种快速高效银纳米线的合成方法。

背景技术

银纳米线不仅具有普通银的高导电和导热性，而且还具有纳米尺寸条件下高的比表面积，优良的光学性能，独特的量子效应等特点。因此银纳米线的合成研究也引起了广泛关注和重视，特别是其大规模高效合成工艺方法的研究，这对银纳米线的真正大规模商业化应用具有重要意义和影响。

近些年来，很多科研工作者在银纳米线的合成方面展开了研究，取得了不少成果。目前，银纳米线合成方法中使用最多的还是由Xia等人提出的利用多元醇在PVP的诱导下还原硝酸银合成银纳米线的方法，该工艺稳定且研究也很深入。然而，现有的技术条件离真正的银纳米线大规模工业化生产仍然存在一定的距离。主要问题在于现有的方法总是受到反应浓度低、反应时间长、纳米线选择性低等因素的限制。因此，银纳米线的快速、高效且高选择性合成方法的研究具有非常重大的意义。本专利是以MnCl₂作为控制剂来进行液相多元醇法银纳米线的合成。用该法所得的银纳米线平均直径大约为78nm，反应时间最低可缩短至8min，所得的银纳米材料中线所占的比例在95％以上。另外硝酸银的反应浓度可提高到0.5M，并且产物仍然具有较高的纳米线选择性。[具体文献见：[1]Sun Y.，Gates B.，et al.，Nano Letters 2002，2，165-168；Sun Y.，Yin Y.，et al.，Chemistry of Materials 2002，14，4736-4745；Sun Y.G.，Mayers B.，et al.，Nano Letters 2003，3，955-960；Chen C.，Wang L.，et al.，Nanotechnology 2007，18，115612-115619；Chen C.，Wang L.，et al.，Nanotechnology 2006，17，3933-3938；Chen C.，Wang L.，et al.，Nanotechnology 2006，17，466-474；Zhang W.J.，Chen P.，et al.，Chemistry of Materials 2008，20，1699-1704；Korte K.E.，Skrabalak S.E.，etal.，Journal of Materials Chemistry 2008，18，437-441；Wiley B.，Sun Y.，et al.，langumuir 2005，14，8077-8080.]

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种快速高效银纳米线的合成方法。

快速高效银纳米线的合成方法的步骤为：

1)在反应器中通入惰性气体，加入2体积份的乙二醇，搅拌，加热至160～198℃，冷凝回流，预热10～30min；快速加入1体积份的摩尔浓度为0.1～0.5M的硝酸银乙二醇溶液，同时缓慢滴加1～2体积份的摩尔浓度为0.15～0.75M的PVP和4～32μM的MnCl₂的乙二醇溶液，滴加速度为0.67～1.25ml/min，反应8～90min，冷却至室温，即得银纳米线的反应母液。

2)将银纳米线反应母液移入离心管中，加入反应母液体积份1～5倍的丙酮，在2500～5000rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，加入反应母液体积份1～5倍的去离子水或乙醇，在2500～5000rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，重复此操作1～3次，沉淀物用乙醇提取、分散，得到银纳米线。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

1)首次利用MnCl₂作为控制剂，将传统的两步法简化为一步法；

2)反应制备时间可缩短至8min，极大地提高了银纳米线的制备效率；

3)反应产物具有很高的纳米线选择性，即使硝酸银反应浓度提高到0.5M，纳米线在产物中仍然具有很高的比例；

4)银纳米线直径分布小，而且具有很高的长径比，反应重复性好，反应效率高。

总之，本发明反应时间短，工艺简单，反应效率高，可重复性强，稳定性好。随合成的纳米线，直径分布很窄，长径比很高，并且选择行也很好。这种快速高效的银纳米线合成方法，将为银纳米线的大规模实际应用带来新的契机和机遇。

附图说明

图1是本发明实施例1合成的银纳米线扫描电子显微镜(SEM)图片，图中标尺为1μm，银纳米线的平均直径约为80nm，绝大部分长度都大于10μm，并且线的比例在95％以上；

图2是本发明实施例1合成的银纳米线的XRD图；

图3是本发明实施例2合成的银纳米线扫描电子显微镜(SEM)图片，图中标尺为1μm，银纳米线的平均直径为80nm，绝大部分长度都大于10μm；

图4是本发明实施例3合成的银纳米线扫描电子显微镜(SEM)图片，图中标尺为1μm，银纳米线的平均直径为80nm，绝大部分长度都大于10μm；

图5是本发明实施例4合成的银纳米线扫描电子显微镜(SEM)图片，图中标尺为1μm，银纳米线的平均直径为80nm，绝大部分长度都大于10μm；

图6是本发明实施例5合成的银纳米线扫描电子显微镜(SEM)图片，图中标尺为1μm，银纳米线的平均直径为80nm，绝大部分长度都大于10μm；

图7是本发明实施例6合成的银纳米线扫描电子显微镜(SEM)图片，图中标尺为1μm，银纳米线的平均直径为80nm，绝大部分长度都小于10μm：

图8是本发明实施例7合成的银纳米线扫描电子显微镜(SEM)图片，图中标尺为1μm，银纳米线的平均直径为80nm，绝大部分长度都小于10μm。

具体实施方式

下面列举几个具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

1)在反应器中通入惰性气体，加入10ml的乙二醇，搅拌，加热至180℃左右，冷凝回流，预热25min；快速加入5ml的摩尔浓度为0.1M的硝酸银乙二醇溶液，同时缓慢滴加10ml的摩尔浓度为0.15M的PVP和16μM的MnCl₂的混合乙二醇溶液，滴加时间为10min，反应90min，冷却至室温，即得银纳米线的反应母液。

2)将银纳米线反应母液移入离心管中，加入反应母液体积份2倍的丙酮，在2700rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，加入反应母液体积份2倍的去离子水或乙醇，在2700rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，重复此操作2次，沉淀物用乙醇提取、分散，得到银纳米线。

图1是本实施例合成的银纳米线的SEM图片，图2是本实施例合成的银纳米线的XRD图。

实施例2：

1)在反应器中通入惰性气体，加入10ml的乙二醇，搅拌，加热至180℃左右，冷凝回流，预热10min；快速加入5ml的摩尔浓度为0.1M的硝酸银乙二醇溶液，同时缓慢滴加10ml的摩尔浓度为0.15M的PVP和16μM的MnCl₂的混合乙二醇溶液，滴加时间为10min，反应25min，冷却至室温，即得银纳米线的反应母液。

2)将银纳米线反应母液移入离心管中，加入反应母液体积份1倍的丙酮，在2500rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，加入反应母液体积份1倍的去离子水或乙醇，在2500rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，重复此操作2次，沉淀物用乙醇提取、分散，得到银纳米线。

图3是本实施例合成的银纳米线的SEM图片。

实施例3：

1)在反应器中通入惰性气体，加入10ml的乙二醇，搅拌，加热至180℃左右，冷凝回流，预热25min；快速加入5ml的摩尔浓度为0.1M的硝酸银乙二醇溶液，同时缓慢滴加10ml的摩尔浓度为0.15M的PVP和16μM的MnCl₂的混合乙二醇溶液，滴加时间为10min，反应8min，冷却至室温，即得银纳米线的反应母液。

2)将银纳米线反应母液移入离心管中，加入反应母液体积份2倍的丙酮，在2500rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，加入反应母液体积份2倍的去离子水或乙醇，在2500rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，重复此操作3次，沉淀物用乙醇提取、分散，得到银纳米线。

图4是本实施例合成的银纳米线的SEM图片。

实施例4：

1)在反应器中通入惰性气体，加入10ml的乙二醇，搅拌，加热至160℃左右，冷凝回流，预热30min；快速加入5ml的摩尔浓度为0.1M的硝酸银乙二醇溶液，同时缓慢滴加10ml的摩尔浓度为0.15M的PVP和32μM的MnCl₂的混合乙二醇溶液，滴加时间为10min，反应90min，冷却至室温，即得银纳米线的反应母液。

2)将银纳米线反应母液移入离心管中，加入反应母液体积份5倍的丙酮，在2700rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，加入反应母液体积份5倍的去离子水或乙醇，在2700rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，重复此操作2次，沉淀物用乙醇提取、分散，得到银纳米线。

图5是本实施例合成的银纳米线的SEM图片。

实施例5：

1)在反应器中通入惰性气体，加入10ml的乙二醇，搅拌，加热至198℃左右，冷凝回流，预热25min；快速加入5ml的摩尔浓度为0.1M的硝酸银乙二醇溶液，同时缓慢滴加10ml的摩尔浓度为0.15M的PVP和4μM的MnCl₂的混合乙二醇溶液，滴加时间为8min，反应90min，冷却至室温，即得银纳米线的反应母液。

2)将银纳米线反应母液移入离心管中，加入反应母液体积份2倍的丙酮，在2700rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，加入反应母液体积份2倍的去离子水或乙醇，在2700rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，重复此操作1次，沉淀物用乙醇提取、分散，得到银纳米线。

图6是本实施例合成的银纳米线的SEM图片。

实施例6：

1)在反应器中通入惰性气体，加入10ml的乙二醇，搅拌，加热至180℃左右，冷凝回流，预热25min；快速加入5ml的摩尔浓度为0.3M的硝酸银乙二醇溶液，同时缓慢滴加10ml的摩尔浓度为0.45M的PVP和16μM的MnCl₂的混合乙二醇溶液，滴加时间为10min，反应25min，冷却至室温，即得银纳米线的反应母液。

2)将银纳米线反应母液移入离心管中，加入反应母液体积份2倍的丙酮，在2700rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，加入反应母液体积份2倍的去离子水或乙醇，在2700rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，重复此操作2次，沉淀物用乙醇提取、分散，得到银纳米线。

图7是本实施例合成的银纳米线的SEM图片。

实施例7：

1)在反应器中通入惰性气体，加入10ml的乙二醇，搅拌，加热至180℃左右，冷凝回流，预热25min；快速加入5ml的摩尔浓度为0.5M的硝酸银乙二醇溶液，同时缓慢滴加10ml的摩尔浓度为0.75M的PVP和16μM的MnCl₂的混合乙二醇溶液，滴加时间为15min，反应25min，冷却至室温，即得银纳米线的反应母液。

2)将银纳米线反应母液移入离心管中，加入反应母液体积份2倍的丙酮，在2700rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，加入反应母液体积份2倍的去离子水或乙醇，在2700rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，重复此操作2次，沉淀物用乙醇提取、分散，得到银纳米线。

图8是本实施例合成的银纳米线的SEM图片。

Claims (1)

1.一种快速高效银纳米线的合成方法，其特征在于它的步骤为：

1)在反应器中通入惰性气体，加入2体积份的乙二醇，搅拌，加热至160～198℃，冷凝回流，预热10～30min；快速加入1体积份的摩尔浓度为0.1～0.5M的硝酸银乙二醇溶液，同时缓慢滴加1～2体积份的摩尔浓度为0.15～0.75M的PVP和4～32μM的MnCl₂的乙二醇溶液，滴加速度为0.67～1.25ml/min，反应8～90min，冷却至室温，即得银纳米线的反应母液。

2)将银纳米线反应母液移入离心管中，加入反应母液体积份1～5倍的丙酮，在2500～5000rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，加入反应母液体积份1～5倍的去离子水或乙醇，在2500～5000rpm的转速下离心分离，移走上层清液，留下沉淀物，重复此操作1～3次，沉淀物用乙醇提取、分散，得到银纳米线。

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