CN102671588A - 一种水系中合成纳米银/二氧化硅核壳粒子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在水体系中制备银/二氧化硅核壳纳米粒子的方法，即以正硅酸四乙酯（TEOS）和银溶胶为前驱体，以去离子水为溶剂，碱性环境下，通过超声振荡过程在纳米银表面包覆一层二氧化硅。作为一种简单的制备方法，本发明具有符合绿色合成的原则、一步法制备、反应过程简单可控、反应周期较短、制备的银/二氧化硅核壳纳米粒子包覆厚度可控等特点。

Description

一种水系中合成纳米银/二氧化硅核壳粒子的方法

技术领域

本发明涉及复合纳米粒子制备领域，具体涉及一种水系中合成纳米银/二氧化硅核壳粒子的方法。 

背景技术

纳米技术是20世纪80年代末迅速发展起来的一门前沿交义性的新兴学科，是在微尺度上研究和利用原子与分子的结构、特性及其相互作用的高新技术。纳米技术被公认为是21世纪最有前途的科学领域。随着科技的发展，人们越来越重视绿色化学。绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学。纳米材料绿色合成的三个标准是选用对环境无污染的溶剂体系、还原剂以及无毒的稳定剂。 

贵金属纳米粒子, 因其粒径小、比表面积大而具有许多独特性质, 如导电性、抗静电、抗磁、感光、催化等, 在光学材料、贵金属浆料、生物工程及医药、催化工业和微电子工业等方面的具有重要的应用。其中纳米银是一种新兴的功能材料, 具有很高的比表面积和表面活性，导电率比普通银块至少高20倍，因此，纳米银被广泛用作催化剂材料、防静电材料、低温超导材料、电子浆料和生物传感器材料等。另外，纳米银还具有抗菌、除臭及吸收部分紫外线的功能，因而可应用于医药行业和化妆品行业。然而纳米银因其高的表面活性，稳定性不好，易发生团簇，影响了纳米银的性质，这为纳米银的应用造成了障碍。 

核壳材料是一种由中心粒子和壳层组成的复合型材料，核壳材料因其组成、大小和结构排列的特殊性而具有特殊的物理和化学性能，在纳米复合材料领域中占有重要地位，近年来倍受科学家的关注。核壳结构的设计一方面是采用性质相对稳定的外壳来保护内核粒子不发生物理、化学变化，另一方面是希望外壳能改善内核粒子的表面电性、表面活性以及稳定性、分散性等，通过表面包覆可以将外壳粒子特有的电磁性能、光学性能、催化性能等赋予内核粒子。将银纳米粒子表面包覆一层稳定和外壳可以达到良好的稳定和分散纳米银的效果，又可赋予其外壳层材料特有的性能。以纳米银为核的核壳粒子的研究对于改善纳米银性质具有重要的意义。 

二氧化硅是一种稳定的绝缘材料，除了具有特殊的光学、热学和电学性能外，还可可控制其具有介孔结构，是金属纳米粒子的良好载体和基底。因此纳米银/二氧化硅核壳粒子的制备和研究引起了科学家的极大关注。目前，已报道几种合成纳米银/二氧化硅核壳粒子的方法，主要包括将正硅酸脂加入碱性的乙醇体系的纳米银种子溶液中或者利用水玻璃改善银溶胶的极性。由于纳米银一般在水体系中合成，而正硅酸脂易在有机体系中发生水解和缩聚，现存的纳米银核壳粒子的制备方法中需要现行改变银溶胶的溶剂体系或者极性，这一步骤增加了工艺难度和流程。如果能够直接在水体系中一步法合成纳米银/二氧化硅核壳粒子，会大大简化该类材料的制备工艺流程和成本。这样的方法在相关的文献和专利中尚未见报道。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、反应周期短的水系中合成纳米银/二氧化硅核壳粒子的方法。 

本发明提出的水系中合成纳米银/二氧化硅核壳粒子的方法，具体步骤如下： 

(1) 以葡萄糖为还原剂、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为分散剂，采用超声振荡法制备颗粒粒径为10nm-50nm，浓度为0.005 -0.01 mol/l的银溶胶；

(2) 搅拌条件下，将TEOS逐滴滴加到搅拌状态下的步骤（1）所制备的银溶胶中，搅拌10-30min；

(3) 将氨水慢慢滴加到步骤（2）的混合物中，搅拌10-20min；

(4) 将步骤(3)所得产物在40-60℃下超声振荡3-5小时，接着在该温度下保温5-15小时；

(5) 将步骤(4)所得产物80-140℃恒温溶剂蒸发干燥，得到纳米银/二氧化硅核壳粒子粉末；

其中：银溶胶、TEOS和氨水的添加比例为：0.005-0.01mol/l,50-100ml：0.1-2ml：0.05-0.2ml。

本发明中，步骤(5)所用的干燥方法为常压恒温干燥或真空恒温干燥。 

利用本发明方法制备得到的纳米银/二氧化硅核壳粒子的壳层厚度为8nm-20nm。 

本发明成功地避免了银溶胶溶剂体系的替换或者极性的改变，在水系中一步合成纳米银/二氧化硅核壳粒子。所制备的纳米银/二氧化硅核壳粒子稳定性高、壳层厚度定量可控。制备原料易得、成本低廉，操作简单，对于催化剂生产、化工及环境治理等领域，都有重要的意义。 

附图说明

图1 薄壳层纳米银/二氧化硅核壳粒子的TEM图。 

图2中间壳层纳米银/二氧化硅核壳粒子的TEM图。 

图3厚壳层纳米银/二氧化硅核壳粒子的TEM图。 

图4真空干燥纳米银/二氧化硅核壳粒子的SEM图。 

具体实施方式

以下通过实施例及附图进一步具体说明本发明。（各原料均为市售原料，无特别说明纯度均为化学纯或分析纯等级）。 

实施例1：常压干燥薄壳层纳米银/二氧化硅核壳粒子的制备 

银溶胶、TEOS、氨水的添加比例为10-30nm,0.005mol/L,100ml: 0.2ml: 0.05ml，充分搅拌的情况向银溶胶中下逐滴添加TEOS，滴加完毕后充分搅拌10min，接着向混合液体中缓慢滴加氨水，继续搅拌10min。将混合液体转移至超声振荡器中，在40℃，100w下超声振荡3h，接着在40℃下保温5h。将所得产物常压140℃下溶剂蒸发，即可得纳米银/二氧化硅核壳粒子。壳层厚度为8nm，其TEM表征如图1。

实施例2：常压干燥中间壳层纳米银/二氧化硅核壳粒子的制备 

银溶胶、TEOS、氨水的添加比例为10-30nm, 0.005mol/L,0.8ml: 0.1ml，充分搅拌的情况向银溶胶中下逐滴添加TEOS，滴加完毕后充分搅拌20min，接着向混合液体中缓慢滴加氨水，继续搅拌10min。将混合液体转移至超声振荡器中，在60℃，100w下超声振荡5h，接着在60℃下保温10h。将所得产物常压140℃下溶剂蒸发，即可得纳米银/二氧化硅核壳粒子。壳层厚度为16nm，其TEM表征如图2。

实施例3：常压干燥厚壳层纳米银/二氧化硅核壳粒子的制备 

银溶胶、TEOS、氨水的添加比例为20-50nm, 0.01mol/L, 2ml: 0.1ml，充分搅拌的情况向银溶胶中下逐滴添加TEOS，滴加完毕后充分搅拌30min，接着向混合液体中缓慢滴加氨水，继续搅拌20min。将混合液体转移至超声振荡器中，在60℃，100w下超声振荡5h，接着在60℃下保温10h。将所得产物常压140℃下溶剂蒸发，即可得纳米银/二氧化硅核壳粒子。壳层厚度为20nm，其TEM表征如图3。

实施例4：真空干燥纳米银/二氧化硅核壳粒子的制备 

银溶胶、TEOS、氨水的添加比例为20-50nm,0.01mol/L, 2ml: 0.1ml，充分搅拌的情况向银溶胶中下逐滴添加TEOS，滴加完毕后充分搅拌30min，接着向混合液体中缓慢滴加氨水，继续搅拌20min。将混合液体转移至超声振荡器中，在60℃，100w下超声振荡5h，接着在60℃下保温10h。将所得产物在真空环境80℃下溶剂蒸发，即可得纳米银/二氧化硅核壳粒子。壳层厚度为20nm，其SEM表征如图4。

以上所述的实施例仅为了说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本专利的范围并不仅局限于上述具体实施例，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍涵盖在本发明的保护范围内。 

Claims (3)

1.一种水系中合成纳米银/二氧化硅核壳粒子的方法，其特征在于具体步骤如下：

 (1) 以葡萄糖为还原剂、CTAB为分散剂，采用超声振荡法制备颗粒粒径为10nm-50nm，浓度为0.005 -0.01 mol/l的银溶胶；

(2) 搅拌条件下，将TEOS逐滴滴加到搅拌状态下的步骤（1）所制备的银溶胶中，搅拌10-30min；

(3) 将氨水慢慢滴加到步骤（2）的混合物中，搅拌10-20min；

(4) 将步骤(3)所得产物在40-60℃下超声振荡3-5小时，接着在该温度下保温5-15小时；

(5) 将步骤(4)所得产物80-140℃恒温溶剂蒸发干燥，得到纳米银/二氧化硅核壳粒子粉末；

其中：银溶胶、TEOS和氨水的添加比例为：0.005-0.01mol/l,50-100ml：0.1-2ml：0.05-0.2ml。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)所用的干燥方法为常压恒温干燥或真空恒温干燥。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所得的纳米银/二氧化硅核壳粒子的壳层厚度为8nm-20nm。

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