CN101947655A - 三角形银纳米片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种三角形银纳米片的制备方法，先将含氧酸银、柠檬酸三钠(Na3C6H5O7·2H2O)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)这三种试剂按照一定摩尔比的比例混合；在0℃～30℃的温度下，搅拌4～10min；再将适量的硼氢化钠(NaBH4)试剂加入到混合体系中；然后，加入适量的质量分数为10%～30%的双氧水，最终得到大小为50nm～120nm的三角形银纳米片。这种制备三角形银纳米片的方法操作简单、成功率高且可在常温下进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种三角形银纳米材料的制备方法。
背景技术
贵金属纳米颗粒具有特殊的物理性质，被广泛用于催化、表面增强拉曼散射、光电子学、生物标记、信息存储等领域。对金属纳米微粒的研究，尤其是对其形貌可控制备及其相应的性质和应用的研究，一直是材料科学以及相关领域的前沿热点。三角形银纳米片具有特殊的表面等离子共振 ( surface plasmon resonance , SPR)吸收光谱，有弱的面外四极、面内四极和强的面内双极SPR峰，而且具有结构依赖性和人为可控的特点，因此三角形银纳米片在生物成像、生物传感器、生物分子和无机离子检测、光学传感器等领域有着广泛的应用前景。
目前文献中报道的合成三角形银纳米颗粒的方法有光诱导法、热转换法、微乳液法以及还原法等。赖文忠等于2010年4月发表在《物理化学学报》上的《用双还原法制备三角形银纳米片及其光学性能》一文中提供了一种在硼氢化钠和柠檬酸三钠共存的体系中还原硝酸银，以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂和保护剂，水浴加热制备三角形银纳米片的方法。这种制备方法无法在常温下进行，必须进行水浴加热，故而操作较为繁琐。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种操作简单、成功率高且在常温下进行反应的三角形银纳米片的制备方法。
实现本发明目的的技术方案是一种三角形银纳米片的制备方法具有以下步骤：
①将含氧酸银、柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）这三种试剂按照一定摩尔比的比例混合；在0℃～30℃的温度下，搅拌4～10min；含氧酸银试剂为硝酸银（AgNO3）、硫酸银（Ag2SO4）或高氯酸银（AgClO4）；当含氧酸银试剂为硝酸银（AgNO3）或高氯酸银（AgClO4）时，三种试剂的摩尔比为（1～5）∶（10～40）∶1；当含氧酸银试剂为硫酸银（Ag2SO4）时，三种试剂的摩尔比为（0.5～2.5）∶（10～40）∶1；
②将适量的硼氢化钠（NaBH4）试剂加入到步骤①得到的混合体系中，从而含氧酸银与硼氢化钠（NaBH4）发生生成圆形银纳米粒子的还原反应，直至溶液出现亮黄色为止，也即体系中生成了起种子作用的圆形银纳米粒子；
③在步骤②得到的体系中，加入适量的质量分数为10%～30%的双氧水，所加入的双氧水的摩尔数为所用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的摩尔数的0.7～1.5倍；搅拌5～50min，最终得到大小为50nm～120nm的三角形银纳米片。
上述步骤③中，分两步加入质量分数为10%～30%的双氧水，第一步所加入的双氧水的摩尔数为步骤③中所加入的双氧水的总摩尔数的50%～90%，搅拌时间为5～30min；第二步加入剩余的质量分数为10%～30%的双氧水，搅拌时间为0～20min。
上述步骤②中所加入的硼氢化钠（NaBH4）的摩尔数为所用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的摩尔数的0.1～0.12倍。
上述步骤①中的含氧酸银为硝酸银（AgNO3）。
上述步骤①中所混合的硝酸银（AgNO3）、柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）这三种试剂的摩尔比为2∶30∶1。
本发明具有积极的效果：
（1）本发明的三角形银纳米片的制备方法属于还原法，在较强的还原剂硼氢化钠（NaBH4）和较弱的还原剂柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）的双还原剂体系中，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为表面活性剂和保护剂，还原硝酸银（AgNO3）、硫酸银（Ag2SO4）或高氯酸银（AgClO4），由于加入了双氧水，使得反应可在常温下进行，且过程较为稳定、成功率高。这种制备方法操作简单，无需复杂设备，可大批量快速生产，且生产成本低廉。
（2）本发明的三角形银纳米片的制备方法可通过改变硼氢化钠（NaBH4）的加入量和双氧水的加入量来控制所制三角形银纳米片的大小。
附图说明
图1为本发明实施例4中的三角形银纳米片的正面透射电子图，三角形银纳米片的大小为80~90nm；
图2为图1中的三角形银纳米片的侧面透射电子图，三角形银纳米片的平均厚度为6nm；
图3为图1中的三角形银纳米片的紫外光谱图。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的三角形银纳米片的制备方法具有如下步骤：
①将硝酸银（AgNO3）、柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）这三种试剂按照摩尔比2∶30∶1的比例混合，在10℃的温度下，搅拌5min。此时的溶液为无色，该溶液是硝酸银（AgNO3）、柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的混合体系。
②快速将适量的硼氢化钠（NaBH4）试剂加入到步骤①得到的混合体系中，从而硝酸银（AgNO3）与硼氢化钠（NaBH4）发生生成圆形银纳米粒子的还原反应，加入硼氢化钠试剂的摩尔量与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔量之比为0.1，此时的溶液出现亮黄色，即体系中生成了起种子作用的大小为5nm～20nm的圆形银纳米粒子。
③在步骤②得到的体系中，加入适量的质量分数为30%的双氧水，所加入的双氧水的摩尔量与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔量之比为0.35，搅拌15min。然后再加入同摩尔量的质量分数为30%的双氧水，继续搅拌10min。加入双氧水的总摩尔量与所用的聚乙烯吡咯烷酮的摩尔量之比为0.7。最终得到大小为50nm～60 nm的三角形银纳米片，且有大量圆形粒子。
（实施例2）
本实施例的三角形银纳米片的制备方法的其余部分与实施例1 相同，不同之处在于：硼氢化钠（NaBH4）的摩尔加入量为聚乙烯吡咯烷酮摩尔用量的0.12倍。双氧水的摩尔加入总量为聚乙烯吡咯烷酮摩尔用量的0.8倍，先后加入双氧水的搅拌时间均延长2min。最终得到大小为60nm～70nm的三角形银纳米片，且有部分圆形粒子。
（实施例3）
本实施例的一种三角形银纳米片的制备方法的其余部分与实施例1 相同，不同之处在于：硼氢化钠（NaBH4）的摩尔加入量为聚乙烯吡咯烷酮摩尔用量的0.1倍。双氧水的摩尔加入总量为聚乙烯吡咯烷酮摩尔用量的0.9倍，先后加入双氧水的搅拌时间均延长4min。最终得到大小为70nm～80nm的三角形银纳米片，且有部分圆形粒子。
（实施例4）
见图1至图3，本实施例的一种三角形银纳米片的制备方法的其余部分与实施例1 相同，不同之处在于：硼氢化钠（NaBH4）的摩尔加入量为聚乙烯吡咯烷酮摩尔用量的0.12倍。双氧水的摩尔加入总量为聚乙烯吡咯烷酮摩尔用量的1.0倍，先后加入双氧水的搅拌时间均延长6min。最终得到大小为80nm～90nm的三角形银纳米片。
（实施例5）
本实施例的一种三角形银纳米片的制备方法的其余部分与实施例1 相同，不同之处在于：硼氢化钠（NaBH4）的摩尔加入量为聚乙烯吡咯烷酮摩尔用量的0.1倍。双氧水的摩尔加入总量为聚乙烯吡咯烷酮摩尔用量的1.2倍，先后加入双氧水的搅拌时间均延长8min。最终得到大小为90nm～100nm的三角形银纳米片。
（实施例6）
本实施例的一种三角形银纳米片的制备方法的其余部分与实施例1 相同，不同之处在于：硼氢化钠（NaBH4）的摩尔加入量为聚乙烯吡咯烷酮摩尔用量的0.1倍。双氧水的摩尔加入总量为聚乙烯吡咯烷酮摩尔用量的1.5倍，先后加入双氧水的搅拌时间均延长10min。最终得到大小为100nm～120nm的三角形银纳米片。
（实施例7）
本实施例的三角形银纳米片的制备方法具有如下步骤：
①将硫酸银（Ag2SO4）、柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）这三种试剂按照摩尔比1∶30∶1的比例混合，在10℃的温度下，搅拌5min。此时的溶液为无色，该溶液是硫酸银（Ag2SO4）、柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的混合体系。
②快速将适量的硼氢化钠（NaBH4）试剂加入到步骤①得到的混合体系中，从而硫酸银（Ag2SO4）与硼氢化钠（NaBH4）与发生生成圆形银纳米粒子的还原反应，加入硼氢化钠试剂的摩尔量与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔量之比为0.12，此时的溶液出现亮黄色，即体系中生成了起种子作用的大小为5nm～20nm的圆形银纳米粒子。
③在步骤②得到的体系中，加入适量的质量分数为30%的双氧水，所加入的双氧水的摩尔量与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔量之比为0.5，搅拌21min。然后再加入同摩尔量的质量分数为30%的双氧水，继续搅拌16min。加入双氧水的总摩尔量与所用的聚乙烯吡咯烷酮的摩尔量之比为1.0。最终得到大小为80nm～90 nm的三角形银纳米片。
（实施例8）
本实施例的三角形银纳米片的制备方法具有如下步骤：
①将高氯酸盐（AgClO4）、柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）这三种试剂按照摩尔比2∶30∶1的比例混合，在10℃的温度下，搅拌5min。此时的溶液为无色，该溶液是高氯酸盐（AgClO4）、柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的混合体系。
②快速将适量的硼氢化钠（NaBH4）试剂加入到步骤①得到的混合体系中，从而高氯酸盐（AgClO4）与硼氢化钠（NaBH4）发生生成圆形银纳米粒子的还原反应，加入硼氢化钠试剂的摩尔量与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔量之比为0.12，此时的溶液出现亮黄色，即体系中生成了起种子作用的大小为5nm～20nm的圆形银纳米粒子。
③在步骤②得到的体系中，加入适量的质量分数为30%的双氧水，所加入的双氧水的摩尔量与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔量之比为0.5，搅拌21min。然后再加入同摩尔量的质量分数为30%的双氧水，继续搅拌16min。加入双氧水的总摩尔量与所用的聚乙烯吡咯烷酮的摩尔量之比为1.0。最终得到大小为80nm～90 nm的三角形银纳米片。
Claims (5)
1.一种三角形银纳米片的制备方法，其特征在于具有以下步骤：
①将含氧酸银、柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）这三种试剂按照一定摩尔比的比例混合；在0℃～30℃的温度下，搅拌4～10min；含氧酸银试剂为硝酸银（AgNO3）、硫酸银（Ag2SO4）或高氯酸银（AgClO4）；当含氧酸银试剂为硝酸银（AgNO3）或高氯酸银（AgClO4）时，三种试剂的摩尔比为（1～5）∶（10～40）∶1；当含氧酸银试剂为硫酸银（Ag2SO4）时，三种试剂的摩尔比为（0.5～2.5）∶（10～40）∶1；
②将适量的硼氢化钠（NaBH4）试剂加入到步骤①得到的混合体系中，从而含氧酸银与硼氢化钠（NaBH4）发生生成圆形银纳米粒子的还原反应，直至溶液出现亮黄色为止，也即体系中生成了起种子作用的圆形银纳米粒子；
③在步骤②得到的体系中，加入适量的质量分数为10%～30%的双氧水，所加入的双氧水的摩尔数为所用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的摩尔数的0.7～1.5倍；搅拌5～50min，最终得到大小为50nm～120nm的三角形银纳米片。
2.按照权利要求1所述的三角形银纳米片的制备方法，其特征在于：步骤③中，分两步加入质量分数为10%～30%的双氧水，第一步所加入的双氧水的摩尔数为步骤③中所加入的双氧水的总摩尔数的50%～90%，搅拌时间为5～30min；第二步加入剩余的质量分数为10%～30%的双氧水，搅拌时间为0～20min。
3.按照权利要求1或2所述的三角形银纳米片的制备方法，其特征在于：步骤②中所加入的硼氢化钠（NaBH4）的摩尔数为所用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的摩尔数的0.1～0.12倍。
4.按照权利要求1或2所述的三角形银纳米片的制备方法，其特征在于：步骤①中的含氧酸银为硝酸银（AgNO3）。
5.按照权利要求4所述的三角形银纳米片的制备方法，其特征在于：步骤①中所混合的硝酸银（AgNO3）、柠檬酸三钠（Na3C6H5O7·2H2O）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）这三种试剂的摩尔比为2∶30∶1。
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