水热还原法制银纳米颗粒-精品
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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Na2O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
样品的XRD 图谱如图 1 所示, 图 1 中的(111),(200) ,(220),(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=0.89λ/(Bcosθ) 估算(Cu靶Kα辐射, X射线波长λ=1.540 56 A !), d 为粒径,θ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92.761nm
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、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 . 01～0 . 003 K,效率较传统材料高30%。将纳米银引入超导材料的合成中,大大推动了超导领域的发展。
5在其他领域中应用
在化纤中加入少量的纳米银,可以改变化纤品的某些特性,并赋予很强的杀菌能力。根据以色列报道,纳米银粉的导电率比普通的银块至少高20倍,因而纳米银粒子也可以用作集成电路中的导电银浆、电池电极材料。纳米银还可以用作照相制版的基质等。