CN103920888A - 一种纳米银颗粒及其制备方法 - Google Patents

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段建平
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Abstract

本发明提供一种纳米银颗粒及其制备方法，纳米银颗粒是由20~200份己内酰胺、0.1~2.0份银盐、0~11.1份聚乙烯比咯烷酮制备而成。本发明以己内酰胺为还原剂，在其熔体中加入AgNO3或AgClO4，搅拌加热，使Ag+均匀沉淀得到的黑色沉淀物即为纳米银颗粒。己内酰胺在体系中即是还原剂，也是溶剂，在无PVP时还充当保护剂，从而减少其它化学试剂的引入，即减少废水、废气和易挥发组分产生，经济环保。

Description

一种纳米银颗粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米技术领域，特别涉及一种纳米银颗粒及其制备方法。
 
背景技术
近几年来，贵金属纳米颗粒因特有的小尺寸效应、 表面效应、 量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得其在光、电、磁、抗腐蚀性、催化等方面表现出非常优良独特的性质，使其成为纳米材料领域的研究重点。相较于金和铂金，银在性价比上有突出优势（Rycenga, M.; Cobley, C. M.; Zeng, J.; Li, W.; Moran, C. H.; Zhang, Q.; Qin, D.; Xia, Y. Chemical reviews, 2011, 111 (6), 3669-3712.），目前纳米银颗粒（简称Ag NPs）的制备中所采用的还原剂主要有硼氢化钠、抗坏血酸、柠檬酸钠、N,N-二甲基甲酰胺和乙二醇（Huang, T.; Xu, X. H. N. J. Mater. Chem., 2010, 20(44), 9867-9876；Sun, Y.; Xia, Y. Advanced Materials, 2003, 15(9), 695-699；Silvert, P.-Y.; Herrera-Urbina, R.; Duvauchelle, N.; Vijayakrishnan, V.; Elhsissen, K. T. J. Mater. Chem., 1996, 6(4), 573-577；Pastoriza-Santos, I.; Liz-Marzán, L. M. Langmuir, 1999, 15(4), 948-951）；另外，微波或光辐射也可以替代化学还原剂（Jin, R.; Cao, Y.; Mirkin, C. A.; Kelly, K.; Schatz, G. C.; Zheng, J. Science, 2001, 294(5548), 1901-1903），使银离子转化为Ag NPs。但在制备过程中，硼氢化钠、抗坏血酸、柠檬酸钠只能作还原剂，制备Ag NPs时，还需外加溶剂和保护剂；而N,N-二甲基甲酰胺和乙二醇既可以作还原剂又可以作溶剂，但仍得加入保护剂。
目前利用己内酰胺（简称CL）的还原性制备Ag NPs还未公开报道，本发明的目的就在于利用CL的还原性，在其熔化状态下，无需外加溶剂，甚至无需保护剂的使用时制备历经均匀、可控的Ag NPs。
发明内容
本发明提供一种纳米银颗粒及其制备方法，利用己内酰胺（简称CL）的还原性，在不引入其他化学试剂下制得纳米银颗粒（简称Ag NPs）。在此体系中，CL既是还原剂，又是溶剂，还可充当保护剂，从而使得Ag NPs的制备变得简单，无废水废气和易挥发组分产生；并且Ag NPs粒径可控，CL可以回收再循环使用。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种纳米银颗粒，由下述组份按重量份制备而成：
己内酰胺（CL）：20~200份
银盐：0.1~2.0份
聚乙烯比咯烷酮（PVP）：0 ~11.1份
所述聚乙烯比咯烷酮的相对分子质量为5000~55000。
所述银盐为硝酸银（AgNO3）或高氯酸银（AgClO4）。
所述聚乙烯比咯烷酮（PVP）相对分子质量为5000~55000；纳米银颗粒的粒径为4~80nm。
本发明的另一个目的是提供一种上述纳米银颗粒的制备方法，包括以下步骤：
（1）将20~200份己内酰胺加入反应容器中，加热使其熔化；
（2）将0~11.1份聚乙烯比咯烷酮加入（1）中熔融的己内酰胺中，搅拌并使PVP完全溶解；
（3）将0.1~2.0份银盐加入（2）中，搅拌下持续反应1~16小时，反应过程中保持温度不变；      
（4）将（3）中反应物加入与己内酰胺等质量的水中进行溶解，离心后即可得到纳米银颗粒。
进一步，所述步骤（3）中温度为60~165℃。
所述步骤（4）中纳米银颗粒的粒径为4~80nm。
本发明的有益效果：
1、本发明利用己内酰胺的还原性，在其熔体中加入AgNO3 或AgClO4，搅拌加热，使Ag+均匀沉淀得到黑色沉淀物即为纳米银颗粒；本发明制备的纳米银颗粒的粒径为4~80nm且均匀可控；
2、己内酰胺在体系中即是还原剂，也是溶剂，在无PVP时还充当保护剂，从而减少其它化学试剂的引入，即减少废水、废气和易挥发组分产生，经济环保；
3、本发明的制备方法工艺简单，无废水、废气产生，并且己内酰胺可以回收再利用。
 
附图说明
图 1为实施例 8 中纳米银颗粒的 XRD 图谱；
图 2为实施例 8 中纳米银颗粒的万倍透射电镜（TEM）图。
 
具体实施方式：
实施例1：首先将20克CL加入100毫升圆底烧瓶中，加热到60℃使其完全熔融；取0.1克AgNO3加入上述混合物中，搅拌下持续反应1小时。反应结束加20克水溶解，离心后即可得到Ag NPs。
实施例2：首先将40克CL加入100毫升圆底烧瓶中，加热到80℃使其完全熔融；将0.1克PVP加入CL熔体中，待PVP完全溶解后，取0.3克AgNO3加入CL熔体和PVP的混合物中，搅拌下持续反应3小时。反应结束加40克水溶解己内酰胺，离心后即可得到Ag NPs。
实施例3：首先将60克CL加入100毫升圆底烧瓶中，加热到100℃使其完全熔融；将0.5克PVP加入CL熔体中；待PVP完全溶解后，取0.5克AgNO3加入CL熔体和PVP的混合物中，搅拌下持续反应6小时。反应结束加60克水溶解己内酰胺，离心后即可得到Ag NPs。
实施例4：首先将80克CL加入250毫升圆底烧瓶中，加热到120℃使其完全熔融；将1.2克PVP加入CL熔体中；待PVP完全溶解后，取0.7克AgNO3加入CL熔体和PVP的混合物中，搅拌下持续反应6小时。反应结束加80克水溶解己内酰胺，离心后即可得到Ag NPs。
实施例5：首先将100克CL加入250毫升圆底烧瓶中，加热到140℃使其完全熔融；将2.0克PVP加入CL熔体中；待PVP完全溶解后，取0.9克AgClO4加入CL熔体和PVP的混合物中，搅拌下持续反应8小时。反应结束加100克水溶解己内酰胺，离心后即可得到Ag NPs。
实施例6：首先将140克CL加入250毫升圆底烧瓶中，加热到145℃使其完全熔融；将3.0克PVP加入CL熔体中；待PVP完全溶解后，取1.1克AgNO3加入CL熔体和PVP的混合物中，搅拌下持续反应10小时。反应结束加140克水溶解己内酰胺，离心后即可得到Ag NPs。
实施例7：首先将160克CL加入250毫升圆底烧瓶中，加热到150℃使其完全熔融；将5.0克PVP加入CL熔体中；待PVP完全溶解后，取1.3克AgNO3加入CL熔体和PVP的混合物中，搅拌下持续反应12小时。反应结束加160克水溶解己内酰胺，离心后即可得到Ag NPs。
实施例8：首先将180克CL加入250毫升圆底烧瓶中，加热到155℃使其完全熔融；将7.0克PVP加入CL熔体中；待PVP完全溶解后，取1.5克AgNO3加入CL熔体和PVP的混合物中，搅拌下持续反应14小时。反应结束加180克水溶解己内酰胺，离心后即可得到Ag NPs。
本实施例制备的纳米银颗粒（Ag NPs）的X射线衍射（XRD）谱图如图1所示，图中银的特征衍射峰分别是处于38、44、64、77和81的衍射峰分别对应银的（111）、（200）、（220）、（311）和（211）5个晶面，从而确证了银的生成，说明CL可以还原硝酸银。
其万倍透射电镜（TEM）图如图2所示，图中黑色颗粒为纳米银颗粒，其粒径均匀，均在20 nm以下。
结合图1和图2可知，以CL作为体系中的还原剂和溶剂可以制得Ag NPs。整个过程工艺简单，无废水废气产生，CL可以回收再利用，经济环保。
实施例9：首先将180克CL加入250毫升圆底烧瓶中，加热到160℃使其完全熔融；将10.0克PVP加入CL熔体中；待PVP完全溶解后，取1.7克AgNO3加入CL熔体和PVP的混合物中，搅拌下持续反应16小时。反应结束加160克水溶解己内酰胺，离心后即可得到Ag NPs。
实施例10：首先将200克CL加入250毫升圆底烧瓶中，加热到165℃使其完全熔融；将11.1克PVP加入CL熔体中；待PVP完全溶解后，取2.0克AgNO3加入CL熔体和PVP的混合物中，搅拌下持续反应16小时。反应结束加200克水溶解己内酰胺，离心后即可得到Ag NPs。

Claims (6)

1.一种纳米银颗粒，其特征在于：由下述组份按重量份制备而成：
己内酰胺：20~200份
银盐：0.1~2.0份
聚乙烯比咯烷酮：0~11.1份。
2.根据权利要求1所述的纳米银颗粒，其特征在于：所述聚乙烯比咯烷酮的相对分子质量为5000~55000。
3.根据权利要求1所述的纳米银颗粒，其特征在于：所述银盐为硝酸银或高氯酸银。
4.一种如权利要求1所述的纳米银颗粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）将20~200份己内酰胺加入反应容器中，加热使其熔化；
（2）将0~11.1份聚乙烯比咯烷酮加入（1）中熔融的己内酰胺熔体中，搅拌并使其完全溶解；
（3）将0.1~2.0份银盐加入（2）中，搅拌下持续反应1~16小时，反应过程中保持温度不变；      
（4）将（3）中反应物加入与己内酰胺等质量的水中进行溶解，离心后即可得到纳米银颗粒。
5.根据权利要求4所述的纳米银颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中温度为60~165℃。
6.根据权利要求4所述的纳米银颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中纳米银颗粒的粒径为4~80nm。
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