CN106180752A - 一种树枝状银的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种树枝状银的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：提供第一溶液，其中所述第一溶液包含琼脂糖分散于第一溶剂中；提供第二溶液，其中所述第二溶液包含银盐分散于第二溶剂中；混合所述第一溶液与所述第二溶液，冷却放置得到琼脂糖/纳米银复合凝胶；以及将所述琼脂糖/纳米银复合凝胶与金属箔接触，得到所述的树枝状银。本发明制备树枝状银的原料易得，操作简便，反应条件温和，安全环保，产物尺寸大且形貌稳定，无需引入其他还原剂或添加剂。
Description
技术领域
本发明属于纳米金属材料制备技术领域，尤其涉及一种树枝状银的制备方法。
背景技术
贵金属的形貌结构对其物理化学性质及其应用都有着重要意义。现今，金属材料从微观结构上已经可以分为纳米球，纳米棒，纳米片，纳米管等。在形貌各异的微细结构中，树枝状微米/纳米结构由一个长的主干和许多旁支分支组成，因而能提供大量活性原子，其典型的等级体系使之能够应用于SERS检测。例如树枝状纳米银对DNA、RNA、叶酸等有着很好的拉曼增强效果，故其材料可用做超灵敏的表面拉曼增强光谱传感器探针。另外，纳米结构的银还可用于催化剂。
有报道将聚丙烯酸和聚乙烯吡咯烷酮制成的薄膜浸在硝酸银溶液中，再以对苯二酚为还原剂，制备出了尺寸大于600μm，二维数的树枝状银(Song J,Hou J,Tian L,etal.Growth of giant silver dendrites on layer-by-layer assembled films[J].Polymer,2015,63:237-243)。有人以滤纸作为基底，通过恒电势沉积方法制备附着于滤纸表面的树枝状银(CN 104819975 A，2015.08.05，滤纸基树枝状银表面增强拉曼散射活性基底及其制备方法)。
目前报道的制备树枝状银的方法中，大多采用化学沉积的方式(包括电沉积和无电沉积)，这些大多需要准备电极和电解质溶液，需要经历较多的步骤。还有另一些制备方法，需要基体材料和外加还原剂。因此，寻找新的更加简便的方法是十分有必要的。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种树枝状银的制备方法，制备方法简单有效，无需引入其他还原剂或添加剂。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种树枝状银的制备方法，包括如下步骤：
提供第一溶液，其中所述第一溶液包含琼脂糖分散于第一溶剂中；
提供第二溶液，其中所述第二溶液包含银盐分散于第二溶剂中；
混合所述第一溶液与所述第二溶液，冷却放置得到琼脂糖/纳米银复合凝胶；以及
将所述琼脂糖/纳米银复合凝胶与金属箔接触，得到所述的树枝状银。
作为进一步的优选，所述第一溶剂包括水，其中在所述琼脂糖分散于第一溶剂中时加热搅拌使琼脂糖溶解。
作为进一步的优选，所述第二溶剂包括水，所述银盐选自硝酸银和乙酸银。
作为进一步的优选，其中在混合所述第一溶液与所述第二溶液的过程中，包含：将所述第一溶液与所述第二溶液恒温搅拌。
作为进一步的优选，所述恒温的温度为80℃～100℃，所述搅拌的时间为5s～120min。
作为进一步的优选，其中在混合所述第一溶液与所述第二溶液后，银盐的浓度为5mM～500mM。
作为进一步的优选，其中在混合所述第一溶液与所述第二溶液后，琼脂糖浓度为0.003g/mL～0.035g/mL。
作为进一步的优选，其中将所述琼脂糖/纳米银复合凝胶与金属箔接触，包含：恒温放置。
作为进一步的优选，所述恒温放置的温度为4℃～55℃，所述恒温放置的时间为1d～15d。
作为进一步的优选，所述琼脂糖/纳米银复合凝胶与金属箔接触的方式为：将金属箔贴在所述琼脂糖/纳米银复合凝胶表面或插入所述琼脂糖/纳米银复合凝胶内部。
作为进一步的优选，所述金属箔选自铝箔、铜箔和锌箔。
本发明的有益效果是：
(1)本发明制备工艺简单，操作简便，反应条件温和；在制备琼脂糖纳米银复合凝胶过程中，琼脂糖既作还原剂又作稳定剂，无需引入其他还原剂或添加剂，且安全无毒。
(2)本发明生长树枝状银所用的金属箔廉价易得，环保安全。
(3)根据金属箔与凝胶的接触方式不同，本发明所得树枝状银的尺寸大小与形貌均可控。
附图说明
图1为本发明实施例树枝状银的制备方法的工艺流程图。
图2a为本发明实施例2在加铝箔后的复合凝胶实物图。
图2b为本发明实施例2在加铝箔后的复合凝胶光学显微镜图。
图3为本发明实施例3在加铝箔后的复合凝胶实物图。
具体实施方式
本发明通过提供一种树枝状银的制备方法，解决了现有技术中制备树枝状银的方法复杂、所用材料多等缺陷，制备方法简单有效，无需引入其他还原剂或添加剂。
为了解决上述技术问题，本发明实施例的主要思路如下：
如图1所示，本发明采用如下技术方案：一种树枝状银的制备方法，包括如下步骤：
S01：提供第一溶液，其中所述第一溶液包含琼脂糖分散于第一溶剂中；
S02：提供第二溶液，其中所述第二溶液包含银盐分散于第二溶剂中；
S03：混合所述第一溶液与所述第二溶液，冷却放置得到琼脂糖/纳米银复合凝胶；以及
S04：将所述琼脂糖/纳米银复合凝胶与金属箔接触，得到所述的树枝状银。
其中，所述步骤S01中，所述琼脂糖粉末分散溶解于第一溶剂中，辅以加热搅拌的手段，形成透明均匀的溶液；所述第一溶剂可为水，或使用超纯水时效果更佳。
所述步骤S02中，所述银盐可为硝酸银或乙酸银，溶解分散银盐的第二溶剂可为水。
所述步骤S03中，其中在混合所述第一溶液与所述第二溶液的过程中，包含：将所述第一溶液与所述第二溶液恒温搅拌后，自然冷却。为了能够均匀混合第一溶液以及第二溶液，可利用一搅拌设备(例如均质机、磁搅拌机或马达搅拌机)帮助两溶液均匀混合，所述恒温的温度介于80℃～100℃之间，在此温度下琼脂糖粉末的溶解性更好，然后冷却放置得到复合凝胶。
控制步骤S01和步骤S02中琼脂糖和银盐加入的量，使得步骤S03混合过程后，琼脂糖浓度为0.003g/mL～0.035g/mL，琼脂糖浓度要合理控制，浓度太大则粘度大，浓度太小又不易形成凝胶；琼脂糖分子结构中的羟基将溶液中的银离子还原成银单质，因此控制银盐的浓度为5mM～500mM，使得琼脂糖与合适量的银盐相互作用，达到最佳的效果，最后形成尺寸可控的树枝状银。
所述步骤S04中，所述琼脂糖/纳米银复合凝胶与金属箔接触的方式包括：将表面洁净的金属箔贴在所述琼脂糖/纳米银复合凝胶一侧或多侧的表面或插入到所述琼脂糖/纳米银复合凝胶内部。然后将与所述金属箔接触后的所述琼脂糖/纳米银复合凝胶，恒温放置得到树枝状银。所述金属铝箔可采用常规清洗方法除去灰尘等杂物；所述琼脂糖/纳米银复合凝胶与金属箔的接触面积可影响树枝状银的形貌，当两者接触面积大时，形成的树枝状银，短小数量多，而当两者的接触面积小时，则生成的树枝状银大而粗。
本发明实施例在步骤S03的恒温搅拌过程中，琼脂糖分子结构中的羟基将溶液中的银离子还原成银单质，将混合溶液常温冷却后得到琼脂糖/纳米银复合凝胶，纳米银粒子镶嵌在此凝胶的空腔内。在步骤S04恒温放置过程中，金属箔的存在使纳米银聚集，从而生成树枝状银结构(符合扩散限制凝聚理论)。
为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之树枝状银的制备方法。
实施例1
本发明实施例1树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取0.15g琼脂糖粉末加入9.9mL去离子水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入0.1mL浓度为0.5M的硝酸银溶液，恒温80℃搅拌120min。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。在上述凝胶中间插入一层铝箔，在30℃下恒温放置2d后，可得树枝状银。通过对加铝箔前和加铝箔后的复合凝胶实物进行对比，可以看出凝胶中集中生长在铝箔/凝胶接触点处的银白色物质即树枝状银。
实施例2
本发明实施例2树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取0.08g琼脂糖粉末加入9.8mL去离子水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入0.2mL浓度为0.5M的硝酸银溶液，恒温100℃搅拌45min。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。将上述凝胶上下两面各平铺铝箔，在30℃下放置1d后，可得树枝状银。图2a为实施例2在加铝箔并放置1d后的复合凝胶实物图，图2b为实施例2在加铝箔并放置1d后的复合凝胶光学显微镜图。2a图凝胶中与铝箔接触处分散长出小树枝状银，2b图为树枝状银在400倍光学显微镜下的放大图。
实施例3
本发明实施例3树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取0.60g琼脂糖粉末加入28.8mL水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入1.2mL浓度为0.5M的硝酸银溶液，恒温100℃搅拌30min。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。在上述凝胶的两侧均贴上铝箔，在4℃下恒温放置7d后，可得树枝状银。图3为本发明实施例3在加铝箔并放置7d后的复合凝胶实物图。通过对加铝箔前和加铝箔后的复合凝胶实物进行对比，可以看出凝胶与铝箔接触的地方出发长出树枝状银。
实施例4
本发明实施例4树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取1.05g琼脂糖粉末加入28.2mL水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入1.8mL浓度为0.5M的硝酸银溶液，恒温100℃搅拌5s。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。在上述凝胶中间贴上铝箔后，在25℃下恒温放置4d后，可得树枝状银。
实施例5
本发明实施例5树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取0.60g琼脂糖粉末加入18.0mL去离子水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入12.0mL浓度为0.5M的硝酸银溶液，恒温90℃搅拌5min。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。将上述凝胶平铺在一层锌箔上，在20℃下恒温放置2d，可得树枝状银。
实施例6
本发明实施例6树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取0.75g琼脂糖粉末加入24.0mL去离子水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入6.0mL浓度为0.5M的硝酸银溶液，恒温90℃继续搅拌15min。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。将上述凝胶平铺在一层铜箔上，在55℃下恒温放置1d，可得树枝状银。
实施例7
本发明实施例7树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取0.3g琼脂糖粉末加入27.0mL去离子水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入3.0mL浓度为0.5M的乙酸银溶液，恒温100℃继续搅拌30s。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。将上述凝胶平铺在一层铜箔上，在10℃下恒温放置5d，可得树枝状银。
实施例8
本发明实施例8树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取0.90g琼脂糖粉末加入25.0mL去离子水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入5.0mL浓度为0.5M的硝酸银溶液，恒温100℃搅拌1min。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。在上述凝胶中间插入一层铜箔，在15℃下恒温放置2d，可得树枝状银。
实施例9
本发明实施例9树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取0.60g琼脂糖粉末加入28.8mL水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入1.2mL浓度为0.5M的乙酸银溶液，恒温100℃搅拌30min。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。在上述凝胶中间插入一层铝箔，在20℃下恒温放置7d后，可得树枝状银。通过对加铝箔前和加铝箔后的复合凝胶实物进行对比，可以看出凝胶与铝箔接触的地方出发长出树枝状银。
实施例10
本发明实施例10树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取1.05g琼脂糖粉末加入28.2mL水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入1.8mL浓度为0.5M的乙酸银溶液，恒温100℃搅拌45min。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。在上述凝胶内部插入铝箔后，在25℃下恒温放置4d后，可得树枝状银。
实施例11
本发明实施例11树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取0.1g琼脂糖粉末加入9.2mL去离子水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入0.8mL浓度为0.5M的硝酸银溶液，恒温100℃搅拌5s。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。将上述凝胶上面平铺一层铝箔，下面平铺一层锌箔，在30℃下放置3d后，可得树枝状银。
实施例12
本发明实施例12树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取0.75g琼脂糖粉末加入22.5mL去离子水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入7.5mL浓度为2M的硝酸银溶液，恒温90℃继续搅拌15min。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。将上述凝胶平铺在一层铜箔上，在6℃下恒温放置10d，可得树枝状银。
实施例13
本发明实施例13树枝状银的制备方法，包括以下步骤：称取0.75g琼脂糖粉末加入24.0mL去离子水中，加热搅拌使琼脂糖粉末溶解，形成透明均匀的溶液。向上述溶液中加入6mL浓度为2M的硝酸银溶液，恒温80℃继续搅拌5min。停止加热后，使溶液自然冷却形成凝胶。将上述凝胶平铺在一层铝箔上，在4℃下恒温放置15d，可得树枝状银。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
(1)本发明制备工艺简单，操作简便，反应条件温和；在制备琼脂糖纳米银复合凝胶过程中，琼脂糖既作还原剂又作稳定剂，无需引入其他还原剂或添加剂，且安全无毒。
(2)本发明生长树枝状银所用的金属箔廉价易得，环保安全。
(3)根据金属箔与凝胶的接触方式不同，本发明所得树枝状银的尺寸大小与形貌均可控。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种树枝状银的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
提供第一溶液，其中所述第一溶液包含琼脂糖分散于第一溶剂中；
提供第二溶液，其中所述第二溶液包含银盐分散于第二溶剂中；
混合所述第一溶液与所述第二溶液，冷却放置得到琼脂糖/纳米银复合凝胶；以及
将所述琼脂糖/纳米银复合凝胶与金属箔接触，得到所述的树枝状银。
2.根据权利要求1所述的树枝状银的制备方法，其特征在于：所述第一溶剂包括水，其中在所述琼脂糖分散于第一溶剂中时加热搅拌。
3.根据权利要求1所述的树枝状银的制备方法，其特征在于：所述第二溶剂包括水，所述银盐选自硝酸银和乙酸银。
4.根据权利要求1所述的树枝状银的制备方法，其特征在于：其中在混合所述第一溶液与所述第二溶液的过程中，包含：将所述第一溶液与所述第二溶液恒温搅拌。
5.根据权利要求4所述的树枝状银的制备方法，其特征在于：所述恒温的温度为80℃～100℃，所述搅拌的时间为5s～120min。
6.根据权利要求1所述的树枝状银的制备方法，其特征在于：其中在混合所述第一溶液与所述第二溶液后，银盐的浓度为5mM～500mM。
7.根据权利要求1所述的树枝状银的制备方法，其特征在于：其中在混合所述第一溶液与所述第二溶液后，琼脂糖浓度为0.003g/mL～0.035g/mL。
8.根据权利要求1所述的树枝状银的制备方法，其特征在于：其中将所述琼脂糖/纳米银复合凝胶与金属箔接触，包含：恒温放置；所述恒温放置的温度为4℃～55℃，所述恒温放置的时间为1d～15d。
9.根据权利要求1所述的树枝状银的制备方法，其特征在于：所述琼脂糖/纳米银复合凝胶与金属箔接触的方式为：将金属箔贴在所述琼脂糖/纳米银复合凝胶表面或插入所述琼脂糖/纳米银复合凝胶内部。
10.根据权利要求1或9所述的树枝状银的制备方法，其特征在于：所述金属箔选自铝箔、铜箔和锌箔。
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