专利名称：用于制备银纳米颗粒的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制备纳米颗粒的方法。更具体地，本发明涉及一种用于制备银纳米颗粒的方法。
背景技术：
术语“纳米”或纳米颗粒通常用于指直径小于约lOOnm的颗粒。平均直径在10到 200nm范围的金属纳米颗粒在化学催化、光电子、微电子学、光电子学、信息存储、摄影术、成 像、传感、生物标记等中具有潜在应用。作为用于电子装置的导电元件，银纳米颗粒是特别 重要的，因为它们比金便宜，并且与铜相比更加稳定。用于在水介质和有机介质中合成银纳米颗粒的多种方法是已知的。然而，存在有 限的以高摩尔浓度合成银纳米颗粒的披露内容。特别地，不存在用于在水介质中以高摩尔 浓度合成银纳米颗粒的商业上可行的方法。一些方法，如在US 2007/0034052中描述的，公 开了高达0.75摩尔的摩尔浓度。然而，这些方法需要复杂的步骤，包括反应混合物的加热 和冷却，使这样的方法昂贵并且不适合于以经济可行的方式生产高浓度的银纳米颗粒。因此，需要确定用于在水介质中生产高摩尔浓度的银纳米颗粒的方法。此外，需要 确定在周围温度和压力下通过其来生产银的纳米颗粒的简单方法。期望形成的纳米颗粒是 稳定的，并且不聚集。还期望如此形成的纳米颗粒在含水和有机介质中是易分散的。
发明内容
本发明涉及一种用于制备银纳米颗粒的方法，包括将表面活性剂溶解在乙醇中以 获得第一溶液；将银前体溶解在水中以获得第二溶液；将第二溶液加入到第一溶液中以获 得第三溶液；将还原剂溶解在水中以获得还原剂溶液，并将还原剂溶液加入到第三溶液中 以获得银纳米颗粒。本发明涉及一种用于制备银纳米颗粒的方法，包括将表面活性剂溶解在水和乙醇 中以获得第一溶液；将银前体溶解在水中以获得第二溶液；将第二溶液加入到第一溶液中 以获得第三溶液；将还原剂溶解在水中以获得还原剂溶液，并将还原剂溶液加入到第三溶 液中以获得银纳米颗粒。根据本发明的一个方面，对通过将还原剂溶液加入到第一溶液中而获得的银纳米 颗粒进行干燥以形成粉末。
了本发明的优选实施方式并且与下面的详细描述一起用于解释本发明 的原理。图1 在含水介质中合成的银纳米颗粒样品的UV-可见光谱图2 在含水介质中再分散的银纳米颗粒粉末(0. 4mg/mL)的UV-可见光谱图3 在有机介质中再分散的银纳米颗粒粉末(lmg/mL)的UV-可见光谱
图4 以高浓度制备的银纳米颗粒样品的TEM测量(TEM图像中的比例尺对应于 50nm)
具体实施例方式为了促进理解本发明的原理，现在将参考描述的实施方式，并且将使用特定的语 言来描述相同的内容。然而应当理解，没有由此想要限制本发明的范围，在方法中这样的改 变和进一步修改、以及其中本发明的原理的这样的进一步应用是预期的，如本发明所涉及 领域的技术人员通常所想到的。本领域技术人员应当理解，前面的总体描述和下面的详细描述是本发明的示例和 解释，并不用于限制本发明。下面的描述解释了如应用于银纳米颗粒的生产的本发明的原理。然而，可以相信， 文献的教导可以同样应用于其它族的金属，如金和钼。下面的描述也讨论了某些具体化合 物，如表面活性剂和还原剂，以解释本发明的原理。然而，本发明并不限于这样的化合物，因 为可以利用等效的化合物以实现期望的最终结果，如通过本发明所教导的。本发明涉及一种用于生产银纳米颗粒的方法。更具体地，本发明涉及在水介质中 以高摩尔浓度生产银纳米颗粒。根据本发明原理的方法涉及在表面活性剂的存在下通过还原剂还原高浓度的银 前体而在水介质中生产银纳米颗粒。更具体地，该方法涉及通过在溶解于乙醇或乙醇-水 混合物中的表面活性剂的存在下，通过还原剂还原高浓度的银前体而在含水介质中生产银 纳米颗粒。本方法涉及将表面活性剂溶解在乙醇或乙醇-水混合物中，以获得第一溶液，将 第一溶液加入到水中的银前体的高浓度溶液中，并且通过以预定方式加入还原剂来还原由 此获得的溶液，以形成银纳米颗粒。该方法涉及通过将表面活性剂溶解在乙醇或乙醇_水混合物中以获得第一溶液 来生产银纳米颗粒。优选地，表面活性剂溶解在乙醇中。该方法中的表面活性剂通过防止 银纳米颗粒在含水介质中聚集而使其稳定。为了在水介质中获得高浓度的银纳米颗粒，需 要高浓度的表面活性剂。乙醇允许表面活性剂的更大溶解度，因此使得可以在水介质中获 得高浓度的银纳米颗粒。将银前体溶解在水中以获得第二溶液。优选地，银前体以高摩尔浓度溶解在水中 以获得第二溶液。根据一个方面，该银前体溶解在蒸馏水中。将第一溶液和第二溶液混合以获得第三溶液。根据一个方面，将第二溶液加入到 第一溶液中，并且搅拌混合物预定的时间以确保均勻混合。还原剂优选溶解在水中以获得还原剂溶液。根据一个方面，还原剂溶解在蒸馏水 中。优选地，还原剂溶解在冷蒸馏水中。将还原剂溶液加入到第三溶液中，以形成银纳米颗粒。优选的是，将还原剂溶液以 逐滴的方式加入到第三溶液中，并且不作为倾倒操作(dumping operation)。对通过将还原剂溶液加入到第三溶液中而获得的银纳米颗粒进行干燥以形成粉 末。可以通过任何已知的方法进行干燥，包括但不限于空气干燥和在真空炉的干燥。根据本发明的一个方面，银前体可以是碱金属盐(基于金属的盐)，包括但不限于AgN03、AgBF4、AgPF6、Ag20、CH3C00Ag、AgCF3S03、AgC104、AgCl、Ag2S04、CH3C0CH-C0CH3Ag。优选 地，银前体为硝酸银或硫酸银。根据一个方面，水中银盐的浓度可以在0. 01M至2M的范围 内。根据本发明的表面活性剂可以是通过烷基硫酸钠、双-2-乙基_己基磺基琥珀酸 钠、烷基三乙基溴化氨和它们的混合物列举的阴离子型、阳离子型、非离子型以及它们的混 合物。根据一种优选的实施方式，使用双-2-乙基-己基-磺基琥珀酸钠作为表面活性剂。根据一个方面，所用表面活性剂的百分比为银盐的1到75wt%，并且优选地，该表 面活性剂的百分比为银盐的25wt%。根据本发明的一个方面，还原剂为硼氢化钠。使用的还原剂的量在0. 1wt％至 10wt%的范围内。根据本发明的一个方面，通过任何已知的方法对通过将还原剂溶液加入到第三溶 液中而获得的银纳米颗粒进行干燥以形成粉末，该干燥方法包括但不限于空气干燥和在真 空炉中的干燥。优选地，该干燥在真空炉中在预定的温度下进行预定的时间。根据优选的 实施方式，银纳米颗粒的水溶液在真空炉中在50°C下干燥8小时。根据一个方面，使用五氧 化二磷作为干燥剂。将由此获得的纳米颗粒保存在玻璃小瓶中用于进一步使用。根据文献的教导，对一个在水介质中合成的大量银纳米颗粒的样品进行UV-可见 光谱。图1示出了用于在含水介质中合成的银纳米颗粒样品的UV-可见光谱。根据本发明的一个方面，对在水介质中合成的银纳米颗粒的样品进行TEM测量。 图4示出了以高浓度制备的银纳米颗粒的TEM测量(TEM图像中的比例尺对应于50nm)。根据本发明的一个方面，由此获得的纳米颗粒很容易再分散在水介质和有机介质 中。通过一个具体实例，将8mg的银纳米颗粒粉末再分散于20mL的蒸馏水中。搅拌溶 液直到银纳米颗粒粉末在室温下完全再分散，随后记录UV-可见光谱。图2示出了再分散 于蒸馏水(水介质)中的银纳米颗粒粉末的UV-可见光谱。通过类似的实例，将20mg的银纳米颗粒粉末再分散于20mL的氯仿中。搅拌溶液 直至银纳米颗粒粉末在室温下完全再分散，随后记录UV-可见光谱。图3示出了再分散于 氯仿(有机介质)中的银纳米颗粒粉末的UV-可见光谱。根据一个方面，本发明涉及一种用于生产银纳米颗粒的方法，包括将双(2-乙基 己基)磺基琥珀酸钠溶解在乙醇中以获得第一溶液，将硝酸银溶解在水中以获得第二溶 液，将第二溶液加入到第一溶液中以获得第三溶液，将硼氢化钠溶解在水中以获得还原剂 溶液，将还原剂溶液逐滴加入到第三溶液中以形成银的纳米颗粒。根据一种实施方式，本发明提供了用于生产银纳米颗粒的方法，包括将双(2-乙 基己基)磺基琥珀酸钠溶解在乙醇中以获得第一溶液，将硫酸银溶解在水中以获得第二溶 液，将第二溶液加到第一溶液中以获得第三溶液，将硼氢化钠溶解在水中以获得还原剂溶 液，将还原剂溶液逐滴加入到第三溶液中，以沉淀银的纳米颗粒。由该方法获得的银纳米颗粒是绝对干燥的并且不会聚集。它们在化学上是稳定 的，并且可以作为干燥粉末或以浆料的形式进行存储。这些纳米颗粒能够再分散于含水溶 剂或有机溶剂中。由该方法得到的银纳米颗粒的形状通常为球形，并且尺寸范围为1到l000nm。
提供以下实施例以解释和说明本发明的方法的某些优选实施方式。实施例1在28°C下，将1. 698g的双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠溶解在10mL的乙醇中。持续搅拌溶液直到样品完全溶解。将该溶液加入到溶解在50mL蒸馏水中的33. 974g的硝酸银 中，并持续搅拌10分钟。在冷蒸馏水中制备10衬％的硼氢化钠，并用作还原剂。将40mL的 硼氢化钠逐滴加入到上述溶液中直至观察到深暗黄色的稠浆料，表明银纳米颗粒的形成。实施例2在28°C下，将3. 396g的双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠溶解在15mL的乙醇中。 持续搅拌溶液直到样品完全溶解。将该溶液加入到溶解在45mL蒸馏水中的33. 974g的硝酸 银中，并持续搅拌10分钟。在冷蒸馏水中制备10衬％的硼氢化钠，并用作还原剂。将40mL 的硼氢化钠逐滴加入到上述溶液直至观察到深暗黄色的稠浆料，表明银纳米颗粒的形成。实施例3在28°C下，将5. 094g的双(2_乙基己基)磺基琥珀酸钠溶解在20mL的乙醇中。持 续搅拌溶液直到样品完全溶解。将该溶液加入到溶解在40mL蒸馏水中的33. 974g的硝酸银 中，并持续搅拌10分钟。在冷蒸馏水中制备10衬％的硼氢化钠，并用作还原剂。将40mL的 硼氢化钠逐滴加入到上述溶液中直至观察到深暗黄色的稠浆料，表明银纳米颗粒的形成。实施例4在28°C下，将6. 792g的双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠溶解在25mL的乙醇中。 持续搅拌溶液直到样品完全溶解。将该溶液加入到溶解在35mL蒸馏水的33. 974g的硝酸银 中，并持续搅拌10分钟。在冷蒸馏水中制备10衬％的硼氢化钠，并用作还原剂。将40mL的 硼氢化钠逐滴加入到上述溶液中直至观察到深暗黄色的稠浆料，表明银纳米颗粒的形成。实施例5在28°C下，将8. 49g的双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠溶解在30mL的乙醇中。持 续搅拌溶液直到样品完全溶解。将该溶液加入到溶解在30mL蒸馏水的33. 974g的硝酸银 中，并持续搅拌10分钟。在冷蒸馏水中制备10衬％的硼氢化钠，并用作还原剂。将40mL的 硼氢化钠逐滴加入到上述溶液中直至观察到深暗黄色的稠浆料，表明银纳米颗粒的形成。实施例6在28°C下，将0.849g的双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠溶解在5mL的乙醇中。 持续搅拌溶液直到样品完全溶解。将该溶液加入到溶解在45mL蒸馏水的16. 987g的硝酸 银中，并持续搅拌溶液10分钟。在冷蒸馏水中制备5衬％的硼氢化钠，并用作还原剂。将 50mL的硼氢化钠逐滴加入到上述溶液中直至观察到深暗黄色的稠浆料，表明银纳米颗粒的 形成。实施例7在28°C下，将1. 698g的双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠溶解在10mL的乙醇中。 持续搅拌溶液直到样品完全溶解。将该溶液加入到溶解在40mL蒸馏水中的16. 987g的硝 酸银中，并持续搅拌溶液10分钟。在冷蒸馏水中制备5衬％的硼氢化钠，并用作还原剂。将 50mL的硼氢化钠逐滴加入到上述溶液中直至观察到深暗黄色的稠浆料，表明银纳米颗粒的 形成。实施例8
在28°C下，将2. 547g的双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠溶解在15mL的乙醇中。 持续搅拌溶液直到样品完全溶解。将该溶液加入到溶解在35mL蒸馏水中的16. 987g的硝 酸银中，并持续搅拌溶液10分钟。在冷蒸馏水中制备5衬％的硼氢化钠，并用作还原剂。将 50mL的硼氢化钠逐滴加入到上述溶液中直至观察到深暗黄色的稠浆料，表明银纳米颗粒的 形成。实施例9在28°C下，将3. 396g的双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠溶解在20mL的乙醇中。 持续搅拌溶液直到样品完全溶解。将该溶液加入到溶解在30mL蒸馏水中的16. 987g的硝 酸银中，并持续搅拌溶液10分钟。在冷蒸馏水中制备5衬％的硼氢化钠，并用作还原剂。将 50mL的硼氢化钠逐滴加入到上述溶液中直至观察到深暗黄色的稠浆料，表明银纳米颗粒的 形成。实施例10在28°C下，将4. 245g的双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠溶解在25mL的乙醇中。 持续搅拌溶液直到样品完全溶解。将该溶液加入到溶解在25mL蒸馏水中的16. 987g的硝 酸银中，并持续搅拌溶液10分钟。在冷蒸馏水中制备5衬％的硼氢化钠，并用作还原剂。将 50mL的硼氢化钠逐滴加入到上述溶液中直至观察到深暗黄色的稠浆料，表明银纳米颗粒的形成。
权利要求
一种用于制备银纳米颗粒的方法，包括将表面活性剂溶解在乙醇中以获得第一溶液；将银前体溶解在水中以获得第二溶液；将所述第二溶液加入到所述第一溶液中以获得第三溶液；将还原剂溶解在水中以获得还原剂溶液，并将所述还原剂溶液加入到所述第三溶液中以获得银纳米颗粒。
2.一种用于制备银纳米颗粒的方法，包括将表面活性剂溶解在水和乙醇中以获得第一 溶液；将银前体溶解在水中以获得第二溶液；将所述第二溶液加入到所述第一溶液中以获 得第三溶液；将还原剂溶解在水中以获得还原剂溶液，并将所述还原剂溶液加入到所述第 三溶液中以获得银纳米颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，干燥所述银纳米颗粒以形成粉末。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述银纳米颗粒具有在Inm至IOOOnm范围 内的尺寸。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述第二溶液加入到所述第一溶液中，并 且搅拌混合物用于均勻混合。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将所述还原剂溶液逐滴加入到所述第三溶液中。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法在室温下进行。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述银前体为基于银的盐，例如AgN03、 AgBF4、AgPF6、Ag2O、CH3COOAg、AgCF3SO3、AgC 104、AgC 1、Ag2 SO4、CH3COCH-COCH3Ag，并且优选地， 所述银前体为AgNO3或Ag2SO4。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，银盐的摩尔浓度在0.OlM至2M的范围内。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述银前体的摩尔浓度至少为0.5M。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述表面活性剂为双(2-乙基)磺基琥珀 酸钠。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，表面活性剂的百分比为银盐的1衬％到 75wt%，并且优选地，表面活性剂的百分比为银前体的25wt%。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述还原剂为硼氢化钠。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述还原剂优选溶解在冷蒸馏水中。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述还原剂的浓度为0.1衬％至10wt%。
16.一种用于制备银纳米颗粒的方法，包括将双(2-乙基)磺基琥珀酸钠溶解在乙醇中 以获得第一溶液，将硝酸银溶解在蒸馏水中以获得第二溶液，将所述第二溶液加入到所述 第一溶液中以获得第三溶液，将硼氢化钠溶解在水中以获得还原剂溶液，并将所述还原剂 溶液加入到所述第三溶液中以获得银纳米颗粒。
17.一种用于制备银纳米颗粒的方法，包括将双(2-乙基)磺基琥珀酸钠溶解在乙醇中 以获得第一溶液，将硫酸银溶解在蒸馏水中以获得第二溶液，将所述第二溶液加入到所述 第一溶液中以获得第三溶液，将硼氢化钠溶解在水中以获得还原剂溶液，并将所述还原剂 溶液加入到所述第三溶液中以获得银纳米颗粒。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，干燥所述银纳米颗粒以形成粉末。
19.一种参照附图并如通过附图示出的基本上如本文描述的用于制备银纳米颗粒的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于制备银纳米颗粒的方法，包括将表面活性剂溶解在乙醇中以获得第一溶液；将银前体溶解在水中以获得第二溶液；将第二溶液加入到第一溶液中以获得第三溶液；将还原剂溶解在水中以获得还原剂溶液，并将还原剂溶液加入到第三溶液中以获得银纳米颗粒。
文档编号B22F9/24GK101990475SQ200980112478
公开日2011年3月23日 申请日期2009年4月28日 优先权日2008年4月28日
发明者毛达卡斯拉·纳拉辛哈卡里·沙希卡拉, 穆拉利·萨斯特里, 舒曼特·菲德塔尔 申请人:塔塔化学有限公司