CN103084584A - 一种利用水热法制备银纳米线的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用水热法制备银纳米线的方法,其步骤如下:在常温下,将含有浓度0.01M~2MPVP和含有浓度1×10-5M~1×10-2M金属氯化物的乙二醇PVP溶液与浓度为0.01M~1M乙二醇硝酸银溶液直接混合,混合后搅拌溶液至混合均匀,得到混合反应母液;乙二醇硝酸银溶液与乙二醇PVP溶液体积比为1:1~10:1;混合反应母液中硝酸银与PVP的摩尔比为1:10~10:1,硝酸银与金属氯化物的摩尔比为10:1~104:1;将混合反应母液装入反应釜中升温至160℃~180℃进行还原反应,母液中银盐还原得到为银纳米线;该方法简单高效,前期反应在常温下进行,无需预热,反应条件易控制,特别适合大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术,特别是一种利用水热方法大量制备银纳米线的方法。
技术背景:
银纳米线作为一种新型的一维功能材料而备受关注。近年来,众多研究表明,银纳米线在透明电极、太阳能电池、有机发光二级管、表面增强拉曼及生物科学等领域有着巨大的应用潜力。
在银纳米线制备方面,夏幼男等[Sun,Y.;Gates,B.;Mayers,B.;Xia,Y.Nano Lett.2002,2,165.Sun,Y.;Xia,Y.Adv.Mater.2002,14,833.Sun,Y.;Y in,Y.;Mayers,B.T.;Herricks,T.;Xia,Y.Chem.Mater.2002,14,4736]提出的多元醇还原法制备银纳米线是目前应用最得多的方法。该方法是在预制晶种的前提下,利用软模板法进行银线的生长。但是该方法在银线生长前期需要预制晶种,并且对反应条件的敏感度较强,在大规模放大生产的过程中会有形貌不易控制等弊端。Chen等[Chen,D.P.,X.L.Qiao,et al.Journal Of Materials Science-materials In Electronics22(1):6-13.]提出了一种无需预制晶种的银线制备方法,是在常温下将乙二醇的PVP和氯化铁溶液逐滴加入到乙二醇的硝酸银溶液中,形成类胶体的体系,之后加热进行还原反应得到银纳米线。但是该方法存在反应物量少(毫升级别)并且溶液需逐滴加入,效率低等缺点,不适合大量反应液的大批量生产。本发明中方法的特点在于前期无需预制晶种,反应液直接混合,无需缓慢控速加入,提高了生产效率,并且对工艺参数敏感度低,更有利于大批量生产。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种利用水热方法大制备银纳米线的方法。该方法简单高效,前期反应在常温下进行,无需预热,反应条件易控制,特别适合大批量生产银纳米线。
本发明的技术方案如下:
本发明提供的利用水热法制备银纳米线的方法,其步骤如下:
1)在常温下,将含有浓度为0.01M~2M聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和含有浓度为1×10-5M~1×10-2M金属氯化物的乙二醇PVP溶液与浓度为0.01M~1M的乙二醇硝酸银溶液直接混合,混合后搅拌溶液至混合均匀,得到混合反应母液;
所述乙二醇硝酸银溶液与乙二醇PVP溶液体积比为1∶1~10∶1;混合反应母液中硝酸银与PVP的摩尔比为1∶10~10∶1,硝酸银与金属氯化物的摩尔比为10∶1~104:1;
2)将混合反应母液装入反应釜中升温至160℃~180℃进行还原反应,将混合反应母液中的银盐还原得到为银纳米线。
所述反应釜为自加热反应釜,加热方式为电加热或油浴加热。所述的PVP分子量为5000~100000。所述的乙二醇PVP溶液中金属氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化铜、氯化铁和氯化锰中至少的一种。所述还原反应时间为2~5小时。
一般情况下,混合反应母液的总体积为5~1000L,单个反应釜单次银纳米线产量为20g-4000g。
与现有技术相比,本发明的利用水热法制备银纳米线的方法具有以下优点:
前期反应【步骤1)】在常温下进行,无需预热;工艺稳定性好,对工艺参数敏感度低;整个操作过程可直接在反应釜中进行,适合大批量生产,在透明电极、太阳能电池、有机发光二级管、表面增强拉曼及生物科学等领域有着巨大的应用潜力。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的银纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图2为本发明实施例2制备的银纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图3为本发明实施例3制备的银纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图4为本发明实施例4制备的银纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图5为本发明实施例5制备的银纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。
图6为本发明实施例6制备的银纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。
具体实施方式
实施例1
1)将34g硝酸银加入到20L乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到浓度为0.01M的乙二醇硝酸银溶液;
2)将66.6g PVP和22mg氯化钠加入到4L乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到PVP浓度为0.15M,氯化钠浓度为0.09mM的乙二醇PVP溶液;
3)将乙二醇PVP溶液倒入乙二醇硝酸银溶液中,搅拌至混合均匀后,得到反应母液。
4)将反应母液装入30L容量的自加热反应釜中,升温至160℃,反应3h;
5)反应完成后将反应液在2000rpm转速下离心,移除上清液后加入丙酮洗涤,再在2000rpm下离心分离,之后加入乙醇洗涤,洗涤后在4000rpm下离心分离,得到约20g银纳米线。
本实施例中所用PVP分子量为50000。
图1所示是本实施例制备的银纳米线,平均直径60nm,平均长度15μm。
实施例2
1)将1.7Kg硝酸银加入到100L乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到浓度为0.1M的乙二醇硝酸银溶液。
2)将5Kg PVP和0.745g的氯化钾加入到100L的乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到PVP浓度为0.45M,氯化钾浓度为0.1mM的乙二醇PVP溶液。
3)将乙二醇PVP溶液倒入乙二醇硝酸银溶液中,搅拌至混合均匀后,得到反应母液。
4)在200L容量的水热反应釜中,将混合反应母液加热到180℃反应2.5h。
5)反应完成后将反应液在2000rpm转速下离心,移除上清液后加入丙酮洗涤,并在2000rpm下离心分离;最后加入乙醇洗涤后在4000rpm下离心分离,得到约1000g银纳米线。
本实施例中所用PVP分子量为10000。
图2中所示为本实施例制备的银纳米线,平均直径200nm,平均长度25μm。
实施例3
1)将6.8Kg硝酸银加入到200L乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到浓度为0.2M的乙二醇硝酸银溶液。
2)将6.66Kg PVP和2.69g的氯化铜加入到200L的乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到PVP浓度为0.3M,氯化铜浓度为0.1mM的乙二醇PVP溶液。
3)将乙二醇PVP溶液倒入乙二醇硝酸银溶液中,搅拌至混合均匀后,得到反应母液。
4)在500L容量的水热反应釜中,将混合反应母液加热至170℃反应5h。
5)反应完成后将反应液在2000rpm转速下离心,移除上清液后加入丙酮洗涤,并在2000rpm下离心分离。最后加入乙醇洗涤后在4000rpm下离心分离,得到约4000g银纳米线。
本实施例中所用PVP分子量为85000。
图3中所示为本实施例制备的银纳米线,平均直径250nm,平均长度20μm。
实施例4
1)将6.8Kg硝酸银加入到400L乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到浓度为0.1M的乙二醇硝酸银溶液。
2)将10Kg PVP和16.25g的氯化铁加入到400L的乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到PVP浓度为0.225M,氯化铁浓度为0.25mM的乙二醇PVP溶液。
3)将乙二醇PVP溶液倒入乙二醇硝酸银溶液中,搅拌至混合均匀后,得到反应母液。
4)在1000L容量的自加热水热反应釜中,将混合反应母液加热至160℃反应3h。
5)反应完成后将反应液在2000rpm转速下离心,移除上清液后加入丙酮洗涤,并在2000rpm下离心分离。最后加入乙醇洗涤后在4000rpm下离心分离,得到约4000g银纳米线。
本实施例中所用PVP分子量为58000。
图4中所示为本实施例制备的银纳米线,平均直径200nm,平均长度40μm。
实施例5
1)将425g硝酸银加入到5L乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到浓度为0.5M的乙二醇硝酸银溶液。
2)将312g PVP和126mg的氯化锰加入到10L的乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到PVP浓度为0.28M,氯化锰浓度为0.1mM的乙二醇PVP溶液。
3)将乙二醇PVP溶液倒入乙二醇硝酸银溶液中,搅拌至混合均匀后,得到反应母液。
4)在20L容量的水热反应釜中,将混合反应母液加热至160℃反应3h。
5)反应完成后将反应液在2000rpm转速下离心,移除上清液后加入丙酮洗涤,并在2000rpm下离心分离。最后加入乙醇洗涤后在4000rpm下离心分离,得到约190g银纳米线。
本实施例中所用PVP分子量为30000。
图5中所示为本实施例制备的银纳米线,平均直径300nm,平均长度30μm。
实施例6
1)将4.25Kg硝酸银加入到500L乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到浓度为0.05M的乙二醇硝酸银溶液。
2)将2.08Kg PVP和1.6g的氯化钠加入到200L的乙二醇中,在常温下搅拌溶解,得到PVP浓度为0.093M,氯化钠浓度为0.136mM的乙二醇PVP溶液。
3)将乙二醇PVP溶液倒入乙二醇硝酸银溶液中,搅拌至混合均匀后,得到反应母液。
4)在800L容量的水热反应釜中,将混合反应母液加热至180℃反应2.5h。
5)反应完成后将反应液在2000rpm转速下离心,移除上清液后加入丙酮洗涤,并在2000rpm下离心分离。最后加入乙醇洗涤后在4000rpm下离心分离,得到约2500g银纳米线。
本实施例中所用PVP分子量为98000。
图6中所示为本实施例制备的银纳米线,平均直径150nm,平均长度25μm。
本发明制备的银纳米线在透明电极、太阳能电池、有机发光二级管、表面增强拉曼及生物科学等领域有着巨大的应用潜力。
Claims (5)
1.一种利用水热法制备银纳米线的方法,其步骤如下:
1)在常温下,将含有浓度为0.01M~2M PVP和含有浓度为1×10-5M~1×10-2M金属氯化物的乙二醇PVP溶液与浓度为0.01M~1M的乙二醇硝酸银溶液直接混合,混合后搅拌溶液使其混合均匀,得到混合反应母液;
所述乙二醇硝酸银溶液与乙二醇PVP溶液体积比为1∶1~10∶1;混合反应母液中硝酸银与PVP的摩尔比为1∶10~10∶1,硝酸银与金属氯化物的摩尔比为10∶1~104:1;
2)将混合反应母液装入反应釜中升温至160℃~180℃进行还原反应,将混合反应母液中的银盐还原得到为银纳米线。
2.按权利要求书1所述的利用水热法制备银纳米线的方法,其特征在于,所述反应釜为自加热反应釜,加热方式为电加热或油浴加热。
3.按权利要求书1所述的利用水热法制备银纳米线的方法,其特征在于,所述的PVP分子量为5000~100000。
4.按权利要求书1所述的利用水热法制备银纳米线的方法,其特征在于,所述的乙二醇PVP溶液中金属氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化铜、氯化铁和氯化锰中至少的一种。
5.按权利要求书1所述的利用水热法制备银纳米线的方法,其特征在于,所述还原反应时间为2~5小时。
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