CN109202061B - 一种银纳米球及其制备方法与应用 - Google Patents

一种银纳米球及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种银纳米球及其制备方法与应用。本发明使用多元醇法制备直径为400‑550nm的银纳米球，其步骤为：将聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇加入反应器中，于140℃加热并搅拌至其完全溶解；向反应器中滴加NaBr乙二醇溶液；搅拌条件下向反应器中滴加AgNO3乙二醇溶液；然后在140℃及搅拌条件下继续反应90min，完成反应后离心分离产物，制得银纳米球。本发明能够在较短时间内制备出形貌均匀的银纳米球，成本低廉，工艺简单，可作为光电材料用于高灵敏度检测传感器件与太阳能电池中。

Description

一种银纳米球及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于纳米材料合成技术领域，具体涉及一种银纳米球及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，纳米材料由于其独特的量子尺寸效应，小尺寸效应，宏观量子隧道效应等，吸引了众多研究者的关注。金属纳米材料，尤其是银纳米材料，因其独特的光电效应与化学性质，被应用于众多领域中。
银纳米球的应用领域目前有：与生物大分子结合，通过离子共振效应实现对生物大分子微弱的光谱特性的增强，以更好研究生物大分子的性质；利用光作用于金属微纳米离子产生的消逝场对环境的敏感性，通过使用光纤与银纳米球的相互作用，实现对温度、湿度与折射率的细微改变的监测；将二氧化硅包覆银纳米球掺杂在有机太阳能电池活性层，能够提高有机太阳能的吸收率；另外银纳米球在化学催化领域也具有较广阔的应用前景。
如何产出高纯度制备所需的纳米材料，一直是纳米材料合成的一个重大课题。银纳米球的合成方法可分为物理法与化学法。物理法常用的机械球磨法与蒸发冷凝法都有着设备复杂，产物形貌不均的问题。化学法中的模板法有着难以分离模板的问题，而传统的化学法还有着排放污染环境废液，产物形貌难以控制的问题。寻找一种能够简单高产率制备形貌均一银纳米球的方法将极大推动银纳米球研究的发展。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种银纳米球的制备方法，合成出直径在400-550nm的银纳米球。
本发明的另一目的在于提供上述制备方法制得的银纳米球。
本发明的再一目的在于提供上述银纳米球的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种银纳米球的制备方法，使用多元醇法制备，其步骤为：将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和乙二醇加入反应器中，于140℃加热并搅拌至其完全溶解；向反应器中滴加NaBr乙二醇溶液；在搅拌条件下以100μL/20s的速率向反应器中滴加AgNO3乙二醇溶液；然后在140℃及搅拌条件下继续反应90min，完成反应后离心分离产物，制得银纳米球。
所述聚乙烯吡咯烷酮分子量优选为1300000。
所述聚乙烯吡咯烷酮在总反应体系中浓度优选为40.5mmol/L。
所述NaBr在总反应体系中浓度优选为0.45mmol/L。
所述AgNO3在总反应体系中浓度优选为27mmol/L。
所述滴加AgNO3乙二醇溶液时搅拌转速为60～150rpm，优选100rpm。
所述溶解聚乙烯吡咯烷酮(PVP)时搅拌速度为100～500rpm，优选300rpm。
所述离心分离产物的步骤为：将反应液转移至离心管，加入去离子水稀释至反应液原体积的4倍，震荡均匀，8000rpm离心10min；去除清液，保留底部沉淀，继续加入乙醇至反应液原体积的4倍，震荡均匀，4000rpm离心10min，去除清液，保留沉淀，依次重复加入乙醇至反应液原体积的4倍-4000rpm离心10min-去除清液-保留沉淀的步骤3次。
通过上述方法所制得的银纳米球，其直径为400-550nm，可作为光电材料用于高灵敏度检测传感器件与太阳能电池中。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
1、本发明聚乙烯吡咯烷酮的溶解温度与后续反应温度相同(140℃)，在PVP完全溶解后直接滴加其余试剂，无需再降温或升温，简化了实验步骤，将难以大量快速溶解的聚乙烯吡咯烷酮通过在加热至反应温度的过程中溶解，大大节省了时间。
2、通过控制AgNO3乙二醇溶液的滴加速度和搅拌转速，使反应体系处在较温和的环境中，同时控制了Ag+的还原速率，避免了一次加入时导致的反应不均匀使银纳米球直径大小不一，从而控制了反应速率与产物形貌，大大提高了反应产物形貌的均匀性。
3、通过选用分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮，控制NaBr、AgNO3、聚乙烯吡咯烷酮的浓度，能够在短时间内以超过85％的产率制备出400-550nm直径的银纳米球，缩短了时间。
4、在本发明所述离心分离步骤中，第一次离心时去离子水的加入，有效清除了产物残余的Ag+、NO3 -、Br-、Na+，后面3次乙醇的加入，有效清除银纳米球表面附着的PVP。最终产物纯度高，满足所需的制备要求。
附图说明
图1为实施例1制备银纳米球的工艺流程图。
图2为实施例1制得银纳米球的SEM照片。
图3为对比实施例1制得银纳米球的SEM照片。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
通过以下步骤制备该银纳米球(如图1所示)：
称取0.116gNaBr溶于10mL乙二醇中，然后将该NaBr乙二醇溶液稀释10倍备用；称取0.115g AgNO3溶于3mL乙二醇中备用；将0.112g分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮和21mL乙二醇加入反应器中，于140℃加热及进行300rpm搅拌至其完全溶解；向反应器中加入1mL稀释后的NaBr乙二醇溶液；调节搅拌转速为100rpm，以100μL/20s的速率向反应器中滴加3mL上述AgNO3乙二醇溶液；然后在140℃及100rpm搅拌条件下继续反应90min即完成反应。
将上述反应液转移至离心管，加入去离子水稀释至反应液原体积的4倍，震荡均匀，8000rpm离心10min；去除清液，保留底部沉淀，继续加入乙醇至反应液原体积的4倍，震荡均匀，4000rpm离心10min，去除清液，保留沉淀，依次重复加入乙醇至原体积的4倍-4000rpm离心10min-去除清液-保留沉淀的步骤3次，即可得到银纳米球，产率为86％。
银纳米球的扫描电子显微镜(SEM)观察：
将银纳米球分散于乙醇中，得到浓度为2.5mg/ml的银纳米球乙醇悬浊液，在匀胶机上放置规格为10mm×10mm的玻璃片，将银纳米球乙醇悬浊液涂布于玻璃片上，具体涂布步骤为：调节匀胶机低转速450rpm，取30μL银纳米球乙醇悬浊液在低速旋转期间加在玻璃片上，旋转10s；然后转为3000rpm高转速，旋转50s；依次重复调节匀胶机低转速-加银纳米球乙醇悬浊液-低速旋转-高速旋转的旋涂步骤1次，将完成旋涂的玻璃片烘干后喷金，即可使用扫描电子显微镜观察。图2为实施例制备的银纳米球的SEM照片。
对比实施例1
称取0.516gNaBr溶于10mL乙二醇中，然后将该NaBr乙二醇溶液稀释10倍备用；称取0.255g AgNO3溶于3mL乙二醇中备用；将1.164g分子量为1300000的聚乙烯吡咯烷酮和21mL乙二醇加入反应器中，于140℃加热并进行300rpm搅拌至其完全溶解；向反应器中加入1mL稀释后的NaBr乙二醇溶液；调节搅拌速度为100rpm，以100μL/20s的速率向反应器中滴加上述AgNO3乙二醇溶液；然后在140℃及100rpm搅拌条件下继续反应90min即完成反应。
采用与实施例1同样的离心提纯方法后，即完成银纳米球的制备过程。将银纳米球分散于乙醇中，得到浓度为2.5mg/ml的银纳米球乙醇悬浊液，采用与实施例1相同的涂布方法制备SEM观察样品，所得SEM照片如图3所示。可以看出，对比实施例1制备的银纳米球由粒径为180～250nm、850～1200nm的两种银纳米球组成，与实施例1制备的银纳米球相比，对比实施例1的产物纯度低，粒径分布广，同时颗粒形貌均匀性较差，其实用价值远低于本发明制备的银纳米球。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种银纳米球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇加入反应器中，于140℃加热并搅拌至其完全溶解；向反应器中滴加NaBr乙二醇溶液；在搅拌条件下以100μL/20s的速率向反应器中滴加AgNO3乙二醇溶液；然后在140℃及搅拌条件下继续反应90 min，完成反应后离心分离产物，制得银纳米球；
所述聚乙烯吡咯烷酮在总反应体系中浓度为40.5mmol/L，AgNO3在总反应体系中浓度为27mmol/L；
所述聚乙烯吡咯烷酮分子量为1300000；
所述NaBr在总反应体系中浓度为0.45mmol/L；
滴加AgNO3乙二醇溶液时的搅拌转速为60~150rpm。
2.根据权利要求1所述银纳米球的制备方法，其特征在于，滴加AgNO3乙二醇溶液时的搅拌转速为100rpm。
3.根据权利要求1所述银纳米球的制备方法，其特征在于，溶解聚乙烯吡咯烷酮时搅拌速度为100~500rpm。
4.根据权利要求3所述银纳米球的制备方法，其特征在于，溶解聚乙烯吡咯烷酮时搅拌速度为300rpm。
5.根据权利要求1所述银纳米球的制备方法，其特征在于，所述离心分离产物的步骤为：将反应液转移至离心管，加入去离子水稀释至反应液原体积的4倍，震荡均匀，8000rpm离心10min；去除清液，保留底部沉淀，继续加入乙醇至反应液原体积的4倍，震荡均匀，4000rpm离心10min，去除清液，保留沉淀，依次重复加入乙醇至反应液原体积的4倍-4000rpm离心10min -去除清液-保留沉淀的步骤3次。
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