一种银@硫化银核壳结构光热转换纳米材料的制作方法

本发明涉及无机功能材料领域，具体涉及一种银@硫化银核壳结构光热转换纳米材料。

背景技术：

光热转换材料可以将光能转化为热能，因而在肿瘤光热治疗、光热成像、太阳能光热利用、海水淡化等领域具有重要的应用前景。光热转换材料的光吸收特性对其应用来说是至关重要的。比如，光热转换材料应用与生物医疗领域时，要求对近红外光有强烈吸收，因为近红外光能够穿透生物组织而不会损伤正常细胞。反之，在太阳能光热利用领域，则要求光热转换材料在可见光区域有较强吸收，因为太阳辐射光谱是连续谱，能量密度最高处位于波长500纳米左右。近年来，研究者针对不同的用途制备了各种各样的光热转换材料。但是，同时具有不同功能的多功能光热转换材料比较少见。

设计制备多功能光热转转材料首先使该材料具有宽波段光吸收特性。大多数光热转换材料都是在特定波长具有较强的吸收。例如，金纳米球的吸收峰在520纳米，银纳米球的吸收峰在400纳米。这些材料的吸收峰也可以通过一定的技术手段进行调整，只是方法比较复杂。例如，把金纳米颗粒做成棒状，吸收峰可以在一定范围内变化。当金纳米棒的长径比不断增大时，吸收峰可以从520纳米红移到960纳米(small,2010,6,2272-2280)。但是对于特定的长径比，吸收峰位置也是确定的。为了获得宽化的光吸收谱，就需要制备不同长径比的金纳米棒，混合起来使用，这就是制备过程复杂化。另外一种调整光热转换材料吸收峰位置的方法是制备核壳结构纳米材料，通过改变壳层的厚度来调整吸收峰的位置。例如，当sio2@au核壳结构的金壳层厚度从20纳米增加到33纳米时，该核壳结构的吸收峰从550纳米红移到800纳米(chem.phy.lett.,1998,288,243-247)。同样地，为了获得宽化的光吸收谱，就需要制备不同壳厚的核壳结构混合起来使用。如果能制备特殊的核壳结构，使其壳层具有渐变的厚度，不同的厚度对应于不同的吸收峰位置。这样，一个单一的核壳结构就可以具有连续变化的吸收峰位置，从而获得宽波段光吸收特性。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明以银纳米立方体为反应模板，利用银纳米立方体各处反应活性的差异，通过表面界面化学反应制备具有渐变壳层厚度的银@硫化银核壳结构。根据结晶化学基础理论，银纳米立方体的八个顶角处的表面能高，因而反应活性高，在硫化过程中形成厚度较大的硫化银壳层。相对而言，银纳米立方体六个面的中心区域表面能较低，反应活性也较低，硫化过程中形成厚度较小的硫化银壳层。控制硫化反应的速度和反应程度，最终使银纳米立方体的八个顶角处形成半球状的硫化银壳层，而中心区域硫化银壳层很薄，从而获得具有渐变壳层厚度的银@硫化银核壳结构。该结构具有宽化的吸收光谱，在不同波长范围都有良好的光热转换特性，从而具有多功能化的特征。

附图说明

图1是银@硫化银核壳结构的模型图。

图2是银@硫化银核壳结构的电镜图(左：扫描电镜，右透射电镜)。

图3是银@硫化银核壳结构的吸收光谱。

具体实施方式

具有渐变壳层厚度的银@硫化银核壳结构通过以下步骤制备：

(1)将5毫升的乙二醇置于50毫升的烧瓶中在150℃的油浴锅中搅拌预热1小时，然后加入1.25毫升浓度为20毫克每毫升的聚乙烯吡咯烷酮(pvp-55000)的乙二醇溶液并搅拌混合，10分钟后加入600微升浓度为3毫摩尔每升的nash的乙二醇溶液并搅拌混合，3分钟后加入0.5毫升浓度为3毫摩尔每升的hcl的乙二醇溶液以及0.4毫升浓度为282毫摩尔每升的cf3cooag的乙二醇溶液，在150℃下搅拌1小时后得到50nm左右的银纳米立方体的悬浮液，将该悬浮液用丙酮、无水乙醇和去离子水洗涤数次后分散在20毫升去离子水中备用。

(2)在室温下，将10毫升浓度为20毫克每毫升的聚乙烯吡咯烷酮(pvp-k30)的水溶液加到步骤(1)制备的20毫升银纳米立方体水悬浮液中搅拌30分钟使其混合均匀，然后在避光条件下逐滴加入10毫升浓度为0.2摩尔每升的硫代乙酰胺水溶液并搅拌8小时制备得到所述的银@硫化银核壳结构。

上述步骤制备得到的银@硫化银核壳结构中，银核的尺寸约为50纳米，顶角处硫化银半球的直径约为35纳米，表面平面中心区域壳层厚度5-10纳米，结构模型如图1所示，电镜照片如图2所示。该银@硫化银核壳结构具有宽波段光吸收特性，从300纳米到1200纳米均有较强吸收，吸收光谱如图3所示。在635纳米激光的照射下，当激光功率为20毫瓦的时候，15微升固含量为0.01％的银@硫化银核壳结构的水分散液在40秒时间内温度升高2.5℃，而15微升水在相同条件下温度没有明显变化。在808纳米激光的照射下，当激光功率为420毫瓦的时候，1毫升固含量为0.01％的银@硫化银核壳结构的水分散液在40分钟时间内温度升高34℃，而1毫升水在相同条件下温度只升高了2.5℃。在1064纳米激光的照射下，当激光功率为420毫瓦的时候，1毫升固含量为0.01％的银@硫化银核壳结构的水分散液在40分钟时间内温度升高25℃，而1毫升水在相同条件下温度只升高了6.7℃。结果表明所得的银@硫化银核壳结构在不同的波段具有良好的光热转换特性。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种银@硫化银核壳结构光热转换纳米材料。所述核壳结构光热转换纳米材料以银为核，以硫化银为壳，具有渐变壳厚的纳米核壳结构。银纳米立方体位于核壳结构中央，表面覆盖硫化银壳层，八个顶角处的硫化银壳层形成半球体形状。银立方体的尺寸为50纳米，作为核壳结构的核。硫化银壳层的厚度从中心到顶角逐渐增大，中心处硫化银壳层厚度为5纳米到10纳米，顶角处硫化银半球体的为35纳米。所述核壳结构光热转换纳米材料在300～1200纳米波段范围内具有良好的光热转换性能，可应用于光热治疗、太阳能光热利用等不同领域，是一种多功能光热转换材料。

技术研发人员：吴大雄;蒋茜;曾文霞;张灿英;朱海涛
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：2017.06.12
技术公布日：2017.09.15