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