水热还原法制备银纳米颗粒

1、水热还原法制备银纳米颗粒一 主要研究内容 :金属纳米颗粒的现状及水热法简介 银纳米颗粒的制备与其性质分析 银纳米颗粒的应用结论和展望二 水热法原理、装置及其特点水热法是 19 世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究 的。1900 年后科学家们建立了水热合成理论 ,以后又开始转向功能材 料的研究。目前用水热法已制备出百余种晶体。水热法又称热液法 属液相化学法的范畴。是指在密封的压力容器中 ,以水为溶剂 ,在高温 高压的条件下进行的化学反应。 水热反应依据反应类型的不同可分为 水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、 水热水解、水热结晶等。 其中水热结晶用得最多。1. 基本原理 水热法是利用

2、高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难 溶的的物质溶解， 或反应生成该物质的溶解产物， 通过控制高压釜内 溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。 自 然界热液成矿就是在一定的温度和压力下， 成矿热液中成矿物质从溶 液中析出的过程。 水热法合成宝石就是模拟自然界热液成矿过程中晶 体的生长。2. 合成装置高压釜为可承高温高压的钢制釜体。 水热法采用的高压釜一般可承受 11000C 的温度和 109Pa 的压力，具有可靠的密封系统和防爆装 置。高压釜的直径与高度比有一定的要求，对内径为 100-120mm 的 高压釜来说，内径与高度比以 1：16 为宜。高度太小或太大都不便控

3、 制温度的分布。由于内部要装酸、碱性的强腐蚀性溶液，当温度和压 力较高时， 在高压釜内要装有耐腐蚀的内衬 （贵金属如铂金或黄金内 衬或是一些高分子聚合物） ，以防矿化剂与釜体材料发生反应。 也可 利用在晶体生长过程中釜壁上自然形成的保护层来防止进一步的腐 蚀和污染。如合成水晶时，由于溶液中的SiO2与Na?O和釜体中的铁 能反应生成一种在该体系内稳定的化合物，即硅酸铁钠（锥辉石 NaFeSi2O6 acmite）附着于容器内壁，从而起到保护层的作用。3、水热法的特点：a）合成的晶体具有晶面，热应力较小，内部缺陷少。其包裹 体与天然宝石的十分相近。b）水热法生产的粒子纯度高、分散性好、晶形好且可

4、控制 ,生 产成本低c）密闭的容器中进行，无法观察生长过程，不直观；d）设备要求高（耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬） 、技术难 度大（温压控制严格） 、成本高；e）安全性能差；三 金属纳米颗粒的研究现状贵金属纳米颗粒的等离激元振荡 （等离激元是与电磁场耦合的自 由电子的集体振荡）频率位于或接近光频 , 并且具有模式压缩、场增 强等新颖的光学性质 , 因此有广阔的应用前景 , 当前备受关注 . 在研究单个金属纳米颗粒的等离激元之后进一步研究两个甚至多个 颗粒间等离激元的耦合可以更深入地揭示等离激元的基本性质 , 是 构筑具有实用功能的等离激元器件的重要基础 .金属氧化物纳米颗粒材料广泛应用于制作

5、催化剂、 精细陶瓷、 复合材料、 磁性材料、 荧光材料、 敏感材料及红外吸收材料等。 但由于纳米颗粒具有极大的比表面积和较高的表面能 , 在制备、 储 存及随后的应用加工过程中极易发生粒子团聚 , 导致失去纳米颗粒 所具备的物性和功能 , 因而如何制备在空气和液相介质中都能稳定 分散的纳米颗粒成为当前纳米材料研究的重要课题。纳米金属也多见于金属纳米复合材料的制备， 纳米复合材料按基 体材料类型可以分为金属基纳米复合材料、 陶瓷基纳米复合材料、 聚 合物基纳米复合材料。 金属基复合材料兼具金属与非金属的综合性 能，在韧性、耐磨性、热膨胀、导电性等多种机械物理性能方面比同 性材料优异得多。 金属基

6、纳米复合材料是由纳米级的金属或非金属粒 子均匀地弥散在金属及合金基体中而成，较之传统的金属基复合材 料， 其比强度、 比模量、耐磨性、导电、 导热性能等均有大幅度 的提高。 因此， 金属基纳米复合材料在航空航天、 汽车、 电子等 高科技领域有极大的应用前景。 如碳化硅纤维与颗粒增强钛合金用于 大推力飞机压气机部件， 颗粒增强铝基复合材料广泛用于航空、 航天 及汽车、电子领域。金属基纳米复合材料用颗粒、晶须、纤维增强金属基体，具有原 组分不具有的特殊性能或功能， 为设计和制备高性能的功能材料提供 了新的机遇。 所以， 金属基纳米复合材料已成为纳米材料工程的重要 分支，世界上各发达国家已经把纳米复

7、合材料的研究放在重要地位。 近年来，因金属基纳米复合材料具备金属和非金属材料的优良特性， 其已经成为纳米复合材料的一个研究热点。四 纳米银的制备及其表征纳米银材料具有很稳定的物理和化学性能 ,在电子、 光学、 抗 菌和催化等方面具有十分优异的性能,可广泛应由于催化剂材料、电池电极材料、低温导热材料、 导电浆料、 抗菌材料、 医用材料、 具有广阔的应用前景， 其制备分为物理法和化学法。 化学法有微乳法、 电镀法、 氧化还原法和电化学还原法等。化学法制备的银粒子最小 可达几纳米 ,操作简单 ,容易控制。缺点是得到的银粒子不易转移和 组装 ,容易包含杂子 ,而且易发生聚集。目前 ,有人通过微波、 超

8、声 波辅助还原法、 激光辐射法、 电化学沉积法和水热法等成功合成出 银纳米线 ,其中水热法与其它合成法相比 , 因其制备方法简单、 条 件温和、 组成可控等优点 , 为人们广泛采用。本工作采用简单水热方法 , 在表面活性剂和没有晶种存在的情 况下 ,以硝酸银为前驱物（在这里鉴于硝酸银与其他银前躯体相比， 其具有较高的含银量， 其含银量在 60%以上，所以采用硝酸银作为银 的前驱物），水合肼为还原剂 ,成功制备出金属银纳米颗粒。五银纳米颗粒XRD表征3040506070809010020/(°)图1样品的XRD样品的 XRD 图谱如图 1所示，图 1中的 (111),(200) ,(2

9、20),(311)和(222)峰的出现与标准晶态银卡片(JCPDS,No.4- 783)上的峰一致，表明制备的样品为银的面心立方晶体结构。衍 射图谱中未见其它杂质物相衍射峰的存在，故所制产物为纯净的单质银。样品的晶粒尺寸可根据Scherrer公式d=0.89入/(Bcos 0 )估算(Cu靶K a辐射，X射线波长 入=1.540 56 A !), d为粒径,0为 衍射角，B为主峰半峰宽所对应的弧度值，以(111)晶面衍射峰为基准 计算其粒径尺寸为59nm,并且由Scherrer公式计算地我们所制备纳 米颗粒平均粒径为92.761 nm六银纳米颗粒的应用纳米银是一种新兴的功能材料，广泛应用于超导

10、、 化工、光学、电 子、 电器等行业 ,具有广阔的应用前景。1 在化学反应中的应用 纳米银可以用作多种反应的催化剂。2 在生物材料方面的应用用纳米银 - 金颗粒与聚乙烯醇缩丁醛作复合酶膜基质固定葡萄糖氧化酶 ( G OD) ,构建葡萄糖生物传感器。 实验证明 ,纳米银颗粒的介入可以大幅度的提高氧化酶的催化活性,显著提高 G OD 酶电极的响应灵敏度 ,使响应电流从相应浓度的几士纳安增强到几万纳安。3 在光学领域的应用纳米银可用于表面增强拉曼光谱 (SERS)的基质，实验证明SERS谱 的获得与吸附分子的电性及纳米银的表面电性有关。根据分子的电 性 ,选取不同电性的纳米银 ,可以获得较强的 SERS 谱 ,进而扩大 SERS 的研究范围。同时 ,纳米银粒子由于其表面等离子振荡吸收峰 附近具有超快的非线性光学响应,科学家发现把纳米银掺杂在半导体或绝缘体中 ,可以获得较大的非线性极化率 ,利用这一特性可以制 作光电器件 ,如光开关、 高级光学器件的颜色过滤器等。4 在超导方面的应用据报道，用70 nm的银粉制成的轻烧结体做热交换材料，可以使 制冷机工作温度达到 0.010.003 K,效率较传统材料