CN102744421A - 一种水溶液中大批量制备Ag纳米线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种水溶液中大批量制备Ag纳米线的方法。本发明制备Ag纳米线的方法是：采用去离子水作溶剂，采用过渡金属的无机盐硝酸银为反应前驱物，加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮和过量的无机盐氯化钠，通过沉淀法反应即得到白色的氯化银溶胶，采用水做溶剂，添加聚乙烯吡咯烷酮，以氯化银溶胶为反应前驱体，采用水热法控制反应获得Ag纳米线。采用本发明制备的Ag纳米线，其直径范围在40～50nm，其长度最高可达50μm，本发明制备的银纳米线具有产品成本低、易控制、均匀性高、产量大、重复性好以及适合大规模生产等优点。

Description

一种水溶液中大批量制备Ag纳米线的方法

技术领域

本发明属于银纳米线材料及其制备技术领域，特别是一种水溶液中大批量制备Ag纳米线的方法。

背景技术

银（Ag）纳米线作为一种重要的纳米半导体材料，具有良好的导电性和导热性，Ag纳米线在光学偏振器，光子晶体，催化剂，生物医学和化学传感器等方面有广泛的应用，吸引了各国科学家的普遍关注，在美国的《材料化学》杂志（2007年，19卷1755页）有过报道。目前，已有文献报道制备Ag纳米线的方法有：以多孔氧化铝薄膜，碳纳米管和嵌段共聚物等硬模板法，但此方法制备的Ag纳米线直径和尺寸大小在很大程度上取决于模板的质量，制作方法较为繁琐复杂。目前，制备Ag纳米线比较普遍的方法是Y.N.Xia.等提出的多元醇法，在美国的《纳米快报》杂志（2002年，2卷165页）和德国的《先进材料》杂志（2002年，14卷833页）有过报道，专利201010281639.3、201110416160.0、201110311631.1等也公开了Ag纳米线的合成方法，它们大多采用多元醇作为溶剂和还原剂，以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为诱导剂制备银纳米线，此外，专利200810019828.6和201010559335.9利用微波加热回流的方法制备Ag纳米线，这些方法大都需要在140～200°C的冷凝回流装置及惰性气体的环境中进行，同时此方法还存在产量低、制作成本相对较高，工艺复杂等缺点。而采用水作为溶剂制备Ag纳米线的方法却鲜有报道，在德国的《欧洲化学》杂志（2005年，11卷160页），和美国的《纳米快报》杂志（2003年，3卷5页）以及《美国化学会志》杂志（2005年，127卷2822页）有过报道，但这些方法制备的Ag纳米线均匀性不好、产量低、杂质较多。

发明内容

本发明的目的是针对现有的制备Ag纳米线的方法所存在的生产成本高、工艺复杂、不易控制、均匀性不好、产量低、杂质较多的不足之处，提供一种具有生产成本低、工艺简单、易控制、均匀性好、产量大、杂质少的水溶液中大批量制备Ag纳米线的方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种水溶液中大批量制备Ag纳米线的方法，采用去离子水作溶剂，采用过渡金属的无机盐硝酸银（AgNO3）为反应前驱物，加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和过量的无机盐氯化钠（NaCl），通过沉淀法反应即得到白色的氯化银（AgCl）溶胶，采用水做溶剂，添加聚乙烯吡咯烷酮（PVP），以氯化银（AgCl）溶胶为反应前驱体，采用水热法控制反应获得Ag纳米线。

在所述的一种水溶液中大批量制备Ag纳米线的方法中，制备Ag纳米线的方法包括以下步骤：

⑴AgCl溶胶前驱体的制备

取原料硝酸银（AgNO3）和去离子水，配成以AgNO3摩尔浓度为0.01～0.03M，取一定量的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于其中，得到无色透明溶液A，将溶液A放入容器中并在室温下进行磁力搅拌；取氯化钠（NaCl）和水，配成以NaCl摩尔浓度为0.06～0.20M的溶液B，将溶液B逐滴加入溶液A中，经反应，溶液逐渐变浑，待溶液B滴加结束，继续搅拌15～20分钟，溶液变为乳白色，所得的乳白色溶胶即为AgCl溶胶前驱体；

⑵将AgCl溶胶前驱体放入反应釜中，经160～180°C，6～10个小时后，取上层黄色悬浮液，再经离心洗涤、烘干，即得到Ag纳米线。

采用本发明制备的Ag纳米线，其直径范围在40～50nm，其长度最高可达50μm，本发明制备的银纳米线具有产品成本低、易控制、均匀性高、产量大、重复性好以及适合大规模生产等优点。

附图说明

图1是荷兰飞利浦公司PW3040/60型X-射线衍射仪所测的实施例1中制备的Ag纳米线的X-射线衍射图。其中：横坐标X是衍射角度（2θ），纵坐标Y是相对衍射强度。

图2是日本日立公司S-4800型场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观测实施例1中制备的大批量Ag纳米线形貌图。产品是Ag纳米线。

图3是日本日立公司S-4800型场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观测实施例1中制备的Ag纳米线形貌放大图。产品是Ag纳米线。

图4是JEM-2100F透射电子显微镜（TEM）观测到的实施例1中制备的Ag纳米线形貌像；插图是JEM-2100F高分辨透射电子显微镜（HRTEM）观测到Ag纳米线所对应的晶格条纹像。产品是Ag纳米线。

图5是日本日立公司S-4800型场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观测实施例2中制备的Ag纳米线形貌图。产品是Ag纳米线。

图6是日本日立公司S-4800型场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观测实施例3中制备的Ag纳米颗粒与Ag纳米线形貌图。产品是Ag纳米颗粒与Ag纳米线。

图7是日本日立公司S-4800型场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）观测实施例4中制备的Ag纳米颗粒形貌图。产品是Ag纳米颗粒。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的一种水溶液中大批量制备Ag纳米线的方法做出进一步的具体说明。

实施例1

称取0.1020g（6.0×10-4mol）AgNO3和1.0g PVP溶解于10mL去离子水中，得到无色透明溶液A，把溶液A倒入圆底烧瓶并在室温下进行磁力搅拌；取氯化钠（NaCl）和去离子水，配成以NaCl摩尔浓度为0.2M，体积为10mL的水溶液B，将溶液B逐滴加入A溶液中，反应一段时间，溶液逐渐变浑，待滴加结束，继续搅拌15～20分钟，溶液呈溶胶状，停止搅拌，反应结束。将上述所得溶胶放入20mL反应釜中，经160°C反应6小时后，取上层黄色悬浮液，再经离心洗涤，60°C烘干，对所得产品作X-射线衍射、场发射扫描电镜和透射电子显微镜分析。

对于本实施例中制备的Ag纳米线作X-射线衍射分析，结果如图1所示，其横坐标X是衍射角度（2θ），纵坐标Y是相对衍射强度；图1中Ag纳米线样品所有衍射峰都可以按面心立方结构指标化成（111）、（200）、（220）和（311）与国际标准粉末XRD衍射卡片中的JCPDS,89-3722相一致。

对于本实施例中制备的Ag纳米线作场发射扫描电镜分析，得到的电镜照片如图2和图3所示，可以看出Ag纳米线的产量很大，纳米线的粗细均匀，直径大约在50nm左右，长度可达到数十微米量级。这与透射电镜的照片图4所示的直径均一、外部规整的纳米线是相对应的。

对于本实施例中制备的Ag纳米线作透射电子显微镜和高分辨电镜分析，在高分辨透射电镜上的分析可以给出Ag纳米线形貌像以及高分辨图像。从图4可以看出，本实施例制备的Ag纳米线结晶情况很好，显示出很好的晶格条纹像。所有的Ag纳米线都呈现出外部规整，尺寸均一，直径范围在40～50nm之间，且都呈现出单晶特性。

实施例2

称取0.1020g（6.0×10-4mol）AgNO3和1.0g PVP溶解于10mL去离子水中，得到无色透明溶液A，把溶液A倒入圆底烧瓶并在室温下进行磁力搅拌；取NaCl和去离子水，配成以NaCl摩尔浓度为0.6M，体积为10mL的水溶液B，将溶液B逐滴加入A溶液中，反应一段时间，溶液逐渐变浑，待滴加结束，继续搅拌15～20分钟，溶液呈溶胶状，停止搅拌，反应结束。将上述所得溶胶放入20mL反应釜中，经160°C反应10小时后，取上层黄色悬浮液，再经离心洗涤，60°C烘干，对所得产品作场发射扫描电镜分析。

对于本实施例中制备的产品作场发射扫描电镜分析，得到的电镜照片如图5所示，从图中可以看出，本实施例中制备的Ag纳米线尺寸均一，外部规整，无其他杂质，产品为Ag纳米线。结果与实施例1相似。

实施例3

称取0.1020g（6.0×10-4mol）AgNO3和1.0g PVP溶解于10mL去离子水中，得到无色透明溶液A，把溶液A倒入圆底烧瓶并在室温下进行磁力搅拌；取NaCl和去离子水，配成以NaCl摩尔浓度为0.06M，体积为10mL的水溶液B，将溶液B逐滴加入A溶液中，反应一段时间，溶液逐渐变浑，待滴加结束，继续搅拌15～20分钟，溶液呈溶胶状，停止搅拌，反应结束。将上述所得溶胶放入20mL反应釜中，经160°C反应10小时后，取上层黄色悬浮液，再经离心洗涤，60°C烘干，对所得产品作X-射线衍射和场发射扫描电镜分析。

对于本实施例中制备的产品作场发射扫描电镜分析，得到的电镜照片如图6所示，从图中可以看出，当溶液中当Ag+离子与Cl-离子摩尔比为1：1时，产品大部分为Ag纳米颗粒，还有少量的Ag纳米线和纳米棒，其中纳米线的直径和长度与实施例1、实施例2中产品的直径和长度相类似。

实施例4

称取0.1020g（6.0×10-4mol）AgNO3和1.0g PVP溶解于10mL去离子水中，得到无色透明溶液A，把溶液A倒入圆底烧瓶并在室温下进行磁力搅拌；取NaCl和去离子水，配成以NaCl摩尔浓度为0.02M，体积为10mL的水溶液B，将溶液B逐滴加入A溶液中，反应一段时间，溶液逐渐变浑，待滴加结束，继续搅拌15～20分钟，溶液呈溶胶状，停止搅拌，反应结束。将上述所得溶胶放入20mL反应釜中，经160°C反应10小时后，再经离心洗涤，60°C烘干，对所得产品场发射扫描电镜分析。

对于本实施例中制备的产品作场发射扫描电镜分析，得到的电镜照片如图7所示，，从图中可以看出，当Ag+离子与Cl-离子摩尔比为3：1时，即溶液中Ag+离子过量时，产品为Ag纳米颗粒，无纳米线生成。

XRD、FE-SEM、TEM、HRTEM的测量结果及文献检索表明：采用本发明方法所制备得到的Ag纳米线，是用目前较简单的方法成功合成出的低成本、高产量、高纯度、尺寸均匀性好的Ag纳米线，它填补了Ag纳米线在水溶液中合成领域里的空白，对于水溶液中合成Ag纳米线的进一步开发、应用可起到一定的推动作用。

Claims (2)

1.一种水溶液中大批量制备Ag纳米线的方法，其特征在于在该制备Ag纳米线的方法中，采用去离子水作溶剂，采用过渡金属的无机盐硝酸银（AgNO3）为反应前驱物，加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和过量的无机盐氯化钠（NaCl），通过沉淀法反应即得到白色的氯化银（AgCl）溶胶，采用水做溶剂，添加聚乙烯吡咯烷酮（PVP），以氯化银（AgCl）溶胶为反应前驱体，采用水热法控制反应获得Ag纳米线。

2.根据权利要求1所述的一种水溶液中大批量制备Ag纳米线的方法，其特征在于在所述的一种水溶液中大批量制备Ag纳米线的方法中，制备Ag纳米线的方法包括以下步骤：

⑴AgCl溶胶前驱体的制备

取原料硝酸银（AgNO3）和去离子水，配成以AgNO3摩尔浓度为0.01～0.03M，取一定量的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）溶于其中，得到无色透明溶液A，将溶液A放入容器中并在室温下进行磁力搅拌；取氯化钠（NaCl）和水，配成以NaCl摩尔浓度为0.06～0.20M的溶液B，将溶液B逐滴加入溶液A中，经反应，溶液逐渐变浑，待溶液B滴加结束，继续搅拌15～20分钟，溶液变为乳白色，所得的乳白色溶胶即为AgCl溶胶前驱体；

⑵将AgCl溶胶前驱体放入反应釜中，经160～180°C，6～10个小时后，取上层黄色悬浮液，再经离心洗涤、烘干，即得到Ag纳米线。

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