一种制备指定粒径AgNPs颗粒的方法

一种制备指定粒径ag nps颗粒的方法
技术领域
1.本发明涉及环境材料研究领域，特别是一种制备指定粒径ag nps颗粒的方法。


背景技术：

2.纳米银(ag nanoparticles,ag nps)由于具有独特的光学、催化、传感和抗菌性能引起了世界范围内的关注。ag nps的等离子体共振效应使得其在生物传感、表面增强拉曼散射光谱、等离子纳米激光技术、太阳能收集等领域有广泛的应用前景。目前，湿化学法通常用于制备不同尺寸的ag nps。合成选择的银前驱体有硝酸银，硫酸银等各类银盐；根据想要的反应速率可以选择还原能力强或较弱的还原剂，例如硼氢化钠、抗坏血酸、葡萄糖、柠檬酸钠等，通常反应过程中还会加入稳定剂促进纳米颗粒的分散，为了更好的调控ag nps的粒径和形貌，还会进行ph和温度的调整。尽管如此，合成的ag nps仍然存在效率低，不够均匀，合成粒径难以精确控制，纳米银难以收集，易于团聚等问题。


技术实现要素：

3.本发明提供一种能够实现粒径精确控制的ag纳米颗粒制备方法，通过控制生长混合溶液中的ag晶种的质量浓度和硝酸银溶液浓度，按照ag晶种的质量浓度、硝酸银溶液浓度与指定粒径ag nps颗粒直径的关系公式合成指定粒径ag nps颗粒。
4.本发明技术方案如下：
5.一种制备指定粒径ag nps颗粒的方法，包括如下步骤：
6.s1，在平均直径已知的ag晶种溶液中，加入聚乙烯比咯烷酮和硝酸银溶液，并用氨水将ph调整到10.5-11之间，得到生长混合溶液；所述生长混合溶液中，所述ag晶种的质量浓度、硝酸银溶液浓度与指定粒径ag nps颗粒直径的关系公式为：
[0007][0008]
s2，在搅拌条件下，向所述生长混合溶液中快速加入抗坏血酸，所述生长混合溶液溶液立即变色，反应10min，得到ag nps颗粒溶液；加入的所述抗坏血酸至少能够使得所述生长混合溶液中的银离子被完全还原；
[0009]
s3，在搅拌条件下，用2％的稀硝酸逐滴滴入，将ag nps颗粒溶液的ph调至3.8-4.5之间，此时ag nps颗粒溶液颜色不发生改变；然后通过离心方法将ag nps颗粒溶液中的沉淀物收集出来，所述沉淀物即为所述指定粒径ag nps颗粒。
[0010]
作为优选，所述s1的生长混合溶液中，所述聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.5g/l-2g/l，所述硝酸银溶液的浓度为10mg/l-100mg/l。
[0011]
作为优选，所述s2中，所述抗坏血酸浓度为0.05mol/l-0.15mol/l。
[0012]
作为优选，所述抗坏血酸与所述生长混合溶液的体积比为1:100。
[0013]
作为优选，所述s3中，所述离心方法中，离心转速为6000g-10000g，离心时间为10min。
[0014]
作为优选，将所述指定粒径ag nps颗粒用超纯水重悬，用超声波清洗器在250w功率下超声20min，重复3次后，溶液仍可分散至原来状态，不发生团聚。
[0015]
作为优选，所述指定粒径ag nps颗粒为均匀的球体。
[0016]
本发明相对于现有技术优势在于：本发明所述制备指定粒径ag nps颗粒的方法，通过控制生长混合溶液中的ag晶种的质量浓度和硝酸银溶液浓度，按照ag晶种的质量浓度、硝酸银溶液浓度与指定粒径ag nps颗粒直径的关系公式合成指定粒径ag nps颗粒，且合成迅速，易于重复，产率高，合成粒径均一，效果好。同时通过调节ag nps颗粒溶液的ph值，解决ag nps颗粒易于团聚的问题，且ph调节后的agnps颗粒不需要大量分散剂保护，可以通过离心的方法快速收集。
附图说明
[0017]
图1是利用本发明所述制备指定粒径ag nps颗粒的方法制备的ag nps颗粒的透射电镜图。
[0018]
图2是利用本发明所述制备指定粒径ag nps颗粒的方法制备的ag nps颗粒的紫外光谱图。
[0019]
图3是利用本发明所述制备指定粒径ag nps颗粒的方法制备的ag nps颗粒的x-射线衍射图。
[0020]
图4是利用本发明所述制备指定粒径ag nps颗粒的方法制备的ag nps颗粒的扫描电镜图。
具体实施方式
[0021]
为了便于理解本发明，下面结合具体实施例和对比例，对本发明进行更详细的说明。
[0022]
实施例1
[0023]
一种制备指定粒径ag nps颗粒ag-1的方法，包括如下步骤：
[0024]
s1，根据生长混合溶液中，ag晶种的质量浓度、硝酸银溶液浓度与指定粒径ag nps颗粒直径的关系公式：
[0025][0026]
已知，ag晶种的平均直径为20nm，计划合成的纳米银直径为22nm，当欲制备的生长混合溶液限定为50ml时，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为1g/l，硝酸银溶液的质量浓度为150mg/l；经计算可知，ag晶种浓度为52.5mg/l。需取50mg聚乙烯吡咯烷酮和7.5mg硝酸银，以及2.625mg的ag晶种；将2.625mg的ag晶种采用超纯水重悬得到ag晶种溶液，或直接取含有2.625mg的ag晶种的ag晶种溶液，或制备含有2.625mg的ag晶种的ag晶种溶液；
[0027]
在ag晶种溶液中，加入聚乙烯比咯烷酮、硝酸银和超纯水，并用超纯氨水将ph调整到10.8，然后用超纯水定容至50ml，得到所述生长混合溶液；
[0028]
s2，在搅拌条件下，向所述生长混合溶液中快速加入0.1mol/l的抗坏血酸0.5ml，所述生长混合溶液立即变色，反应10min，得到ag nps颗粒溶液；
[0029]
s3，在搅拌条件下，用2％的稀硝酸逐滴滴入，将ag nps颗粒溶液的ph调至4.0，此时ag nps颗粒溶液颜色不发生改变；然后通过离心方法，离心转速为8000g，离心时间为10min，将ag nps颗粒溶液中的沉淀物收集出来，所述沉淀物即为所述指定粒径ag nps颗粒ag-1。将所述指定粒径ag nps颗粒ag-1用超纯水重悬，用超声波清洗器在250w功率下超声20min，重复3次后，溶液仍可分散至原来状态，不发生团聚。
[0030]
实施例2
[0031]
一种制备指定粒径ag nps颗粒ag-2的方法，包括如下步骤：
[0032]
s1，根据生长混合溶液中，ag晶种的质量浓度、硝酸银溶液浓度与指定粒径ag nps颗粒直径的关系公式：
[0033][0034]
已知，ag晶种的平均直径为20nm，计划合成的纳米银直径为41nm，当欲制备的生长混合溶液限定为50ml时，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为1g/l，硝酸银溶液的质量浓度为150mg/l；经计算可知，ag晶种浓度为7.1mg/l。需取50mg聚乙烯吡咯烷酮和7.5mg硝酸银，以及0.355mg的ag晶种；将0.355mg的ag晶种采用超纯水重悬得到ag晶种溶液，或直接取含有0.355mg的ag晶种的ag晶种溶液，或制备含有0.355mg的ag晶种的ag晶种溶液；
[0035]
在ag晶种溶液中，加入聚乙烯比咯烷酮、硝酸银和超纯水，并用超纯氨水将ph调整到10.8，然后用超纯水定容至50ml，得到所述生长混合溶液；
[0036]
s2，在搅拌条件下，向所述生长混合溶液中快速加入0.1mol/l的抗坏血酸0.5ml，所述生长混合溶液立即变色，反应10min，得到ag nps颗粒溶液；
[0037]
s3，在搅拌条件下，用2％的稀硝酸逐滴滴入，将ag nps颗粒溶液的ph调至4.0，此时ag nps颗粒溶液颜色不发生改变；然后通过离心方法，离心转速为8000g，离心时间为10min，将ag nps颗粒溶液中的沉淀物收集出来，所述沉淀物即为所述指定粒径ag nps颗粒ag-2。将所述指定粒径ag nps颗粒ag-2用超纯水重悬，用超声波清洗器在250w功率下超声20min，重复3次后，溶液仍可分散至原来状态，不发生团聚。
[0038]
实施例3
[0039]
一种制备指定粒径ag nps颗粒ag-3的方法，包括如下步骤：
[0040]
s1，根据生长混合溶液中，ag晶种的质量浓度、硝酸银溶液浓度与指定粒径ag nps颗粒直径的关系公式：
[0041][0042]
已知，ag晶种的平均直径为20nm，计划合成的纳米银直径为64nm，当欲制备的生长混合溶液限定为50ml时，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为1g/l，硝酸银溶液的质量浓度为150mg/l；经计算可知，ag晶种浓度为1.9mg/l。需取50mg聚乙烯吡咯烷酮和7.5mg硝酸银，以及0.095mg的ag晶种；将2.625mg的ag晶种采用超纯水重悬得到ag晶种溶液，或直接取含有0.095mg的ag晶种的ag晶种溶液，或制备含有0.095mg的ag晶种的ag晶种溶液；
[0043]
在ag晶种溶液中，加入聚乙烯比咯烷酮、硝酸银和超纯水，并用超纯氨水将ph调整到10.8，然后用超纯水定容至50ml，得到所述生长混合溶液；
[0044]
s2，在搅拌条件下，向所述生长混合溶液中快速加入0.1mol/l的抗坏血酸0.5ml，所述生长混合溶液立即变色，反应10min，得到ag nps颗粒溶液；
[0045]
s3，在搅拌条件下，用2％的稀硝酸逐滴滴入，将ag nps颗粒溶液的ph调至4.0，此时ag nps颗粒溶液颜色不发生改变；然后通过离心方法，离心转速为8000g，离心时间为10min，将ag nps颗粒溶液中的沉淀物收集出来，所述沉淀物即为所述指定粒径ag nps颗粒ag-3。将所述指定粒径ag nps颗粒ag-3用超纯水重悬，用超声波清洗器在250w功率下超声20min，重复3次后，溶液仍可分散至原来状态，不发生团聚。
[0046]
实施例4
[0047]
一种制备指定粒径ag nps颗粒ag-4的方法，包括如下步骤：
[0048]
s1，根据生长混合溶液中，ag晶种的质量浓度、硝酸银溶液浓度与指定粒径ag nps颗粒直径的关系公式：
[0049][0050]
已知，ag晶种的平均直径为20nm，计划合成的纳米银直径为82nm，当欲制备的生长混合溶液限定为50ml时，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为1g/l，硝酸银溶液的质量浓度为150mg/l；经计算可知，ag晶种浓度为0.6mg/l。需取50mg聚乙烯吡咯烷酮和7.5mg硝酸银，以及0.03mg的ag晶种；将0.03mg的ag晶种采用超纯水重悬得到ag晶种溶液，或直接取含有0.03mg的ag晶种的ag晶种溶液，或制备含有0.03mg的ag晶种的ag晶种溶液；
[0051]
在ag晶种溶液中，加入聚乙烯比咯烷酮、硝酸银和超纯水，并用超纯氨水将ph调整到10.8，然后用超纯水定容至50ml，得到所述生长混合溶液；
[0052]
s2，在搅拌条件下，向所述生长混合溶液中快速加入0.1mol/l的抗坏血酸0.5ml，所述生长混合溶液立即变色，反应10min够，得到ag nps颗粒溶液；
[0053]
s3，在搅拌条件下，用2％的稀硝酸逐滴滴入，将ag nps颗粒溶液的ph调至4.0，此时ag nps颗粒溶液颜色不发生改变；然后通过离心方法，离心转速为8000g，离心时间为10min，将ag nps颗粒溶液中的沉淀物收集出来，所述沉淀物即为所述指定粒径ag nps颗粒ag-4。将所述指定粒径ag nps颗粒ag-4用超纯水重悬，用超声波清洗器在250w功率下超声20min，重复3次后，溶液仍可分散至原来状态，不发生团聚。
[0054]
使用透射电镜得到实施例1-4中得到的ag nps颗粒ag-1、ag-2、ag-3、ag-4的透射电镜图，见图1(a)，使用x-射线能谱分析得到实施例1-4中得到的ag nps颗粒ag-1、ag-2、ag-3、ag-4的能量色散x射线图像，见图1(b)。图2是实施例1-4中得到的ag nps颗粒ag-1、ag-2、ag-3、ag-4的紫外光谱图，进一步证实了合成的ag纳米颗粒具有纳米银的晶型结构。图3是实施例1-4中得到的ag nps颗粒ag-1、ag-2、ag-3、ag-4的x-射线衍射图，进一步证实不同粒径纳米银的成功合成，四种ag纳米颗粒的紫外吸收峰分别出现在410,414,439,465nm，吸收峰的蓝移证明了纳米银粒径的增长。
[0055]
图4是实施例1-4中得到的ag nps颗粒ag-1、ag-2、ag-3、ag-4的扫描电镜图，由该图能够得出，ag-1、ag-2、ag-3、ag-4的粒径分别为22.4
±
1.1nm,41.3
±
0.7nm,63.9
±
0.9nm,81.8
±
0.7nm，纳米颗粒均匀分散，粒径均匀，粒子无团聚行为。
[0056]
本发明所述制备指定粒径ag nps颗粒的方法，通过ag晶种的质量浓度、硝酸银溶
液浓度与指定粒径ag nps颗粒直径的关系公式，制备的一系列不同粒径的ag纳米颗粒，利用抗坏血酸还原ag+，同时采用调节ph的方式阻止纳米银的团聚，最终合成的ag纳米颗粒的粒径与添加晶种的浓度相关。同时通过调节ag nps颗粒溶液的ph值，解决ag nps颗粒易于团聚的问题，且ph调节后的ag nps颗粒不需要大量分散剂保护，可以通过离心的方法快速收集。
[0057]
应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。