低温苯胺化学还原法合成三角形银纳米片 - 南京工业大学学报（自然 ...

100南 京 工 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 32 卷尔 比 对 产 物 形 貌 和 粒 径 大 小 的 影 响 . 当 n(AgNO 3 )∶n(An)=1∶4~2∶1, 随 着 AgNO 3 和 An 摩 尔 比 的 增 大 ,银 纳 米 片 的 边 长 减 小 . 图 3(a) 和 图 (b) 分 别 为 AgNO 3和 An 摩 尔 比 为 1∶4 和 2∶1 条 件 下 的 SEM 照 片 . 由 图3 可 见 , 随 着 AgNO 3 和 An 摩 尔 比 的 增 大 ,AgNO 3 作 为氧 化 剂 诱 导 氧 化 还 原 反 应 速 率 加 快 , 所 以 纳 米 银 粒 子的 成 核 速 率 大 于 增 长 速 率 , 导 致 形 成 的 晶 核 较 多 , 部分 晶 核 还 没 形 成 片 状 纳 米 银 时 , 溶 液 中 的 Ag 单 体 被消 耗 完 , 所 以 晶 核 聚 结 生 成 少 量 不 规 则 形 状 银 纳 米 粒子 . 反 应 时 间 相 同 ,AgNO 3 和 An 高 摩 尔 比 条 件 下 合 成的 纳 米 银 片 的 平 均 边 长 和 厚 度 均 比 低 摩 尔 比 条 件 下的 要 小 . 但 是 在 AgNO 3 和 An 高 摩 尔 比 条 件 下 , 在 相同 的 反 应 时 间 , 纳 米 银 片 的 产 率 较 低 , 晶 化 完 全 需 要更 长 的 时 间 , 生 产 效 率 不 高 .重 蒸 苯 胺 , 反 应 温 度 为 25℃, 反 应 时 间 为 24h. 图 4为 PVP 和 AgNO 3 在 不 同 摩 尔 比 条 件 下 合 成 Ag 粉的 SEM 照 片 . 由 图 4 可 见 , 随 着 PVP 和 AgNO 3 摩 尔比 的 增 加 , 所 得 产 物 的 平 均 粒 径 和 相 貌 都 发 生 明 显变 化 , 说 明 PVP 能 有 效 地 控 制 合 成 产 物 的 相 貌 和 粒径 [19-22] . 当 PVP 加 入 量 增 加 ,n(PVP)∶n(AgNO 3 ) 由1∶1 增 加 到 2∶1 时 ,Ag 粒 子 的 粒 径 减 小 , 粒 子 分 布 更 均匀 , 形 貌 趋 于 规 整 , 大 多 呈 三 角 形 纳 米 银 片 . 这 是 由 于被 苯 胺 还 原 的 Ag + 一 旦 生 成 银 晶 核 后 ,PVP 将 与 银 晶核 表 面 形 成 化 学 吸 附 ,PVP 在 水 中 的 分 散 效 应 和 表 面位 阻 效 应 使 银 晶 粒 成 核 和 长 大 的 过 程 分 开 .PVP 的 含量 增 大 , 则 其 扩 散 到 银 晶 核 表 面 的 速 率 增 加 , 即 抑 制银 晶 核 长 大 的 能 力 增 强 . 当 PVP 和 AgNO 3 的 摩 尔 比 超过 2∶1 时 ,Ag 粉 的 粒 径 随 PVP 用 量 增 大 减 小 缓 慢 , 这是 因 为 当 n(PVP)∶n(AgNO 3 )=2∶1 时 ,PVP 有 效 地 控制 了 生 长 较 慢 晶 面 的 生 长 , 过 多 的 PVP 将 会 抑 制 生长 较 快 晶 面 的 长 大 , 致 使 晶 核 沿 各 个 晶 面 生 长 速 率 基本 一 致 , 导 致 纳 米 银 颗 粒 趋 于 球 形 生 长 , 并 且 PVP 用图 3 AgNO 3 与 An 不 同 摩 尔 比 条 件 下 三 角 形银 纳 米 片 的 SEM 照 片Fig.3 SEM oftriangularsilvernanoplatesatdiferentmolarratiosofAgNO 3 toAn.24 分 散 剂 (PVP) 用 量 的 影 响本 实 验 考 察 了 PVP 加 入 量 对 产 物 相 貌 和 粒 径大 小 的 影 响 , 固 定 其 他 实 验 条 件 不 变 :n(AgNO 3 )∶n(An)=1∶2,AgNO 3 的 浓 度 为 02mol/L, 还 原 剂 为图 4 PVP 与 AgNO 3 在 不 同 摩 尔 比 条 件 下 三 角 形银 纳 米 片 的 SEM 照 片Fig.4 SEM oftriangularsilvernanoplatesatdiferentmolarratiosofPVPtoAgNO 3 .

第 1 期何 爱 山 等 : 低 温 苯 胺 化 学 还 原 法 合 成 三 角 形 银 纳 米 片101量 过 多 会 造 成 反 应 后 溶 液 黏 度 增 大 , 给 后 期 纳 米 银 粉的 分 离 、 洗 涤 带 来 较 大 的 难 度 , 同 时 还 会 降 低 Ag 粉 的产 率 和 纯 度 . 所 以 , 实 验 中 选 择 n(PVP)∶n(AgNO 3 )=2∶1. 当 n(PVP)∶n(AgNO 3 )=1∶1 时 , 由 图 4(a) 电 镜观 察 表 明 Ag 颗 粒 形 状 各 异 , 分 散 性 差 , 颗 粒 间 界 面模 糊 , 可 能 是 由 于 表 面 保 护 剂 用 量 少 , 从 而 吸 附 在 银晶 核 表 面 的 表 面 保 护 分 子 少 , 致 使 颗 粒 形 状 不 规 则并 团 聚 . 当 n(PVP)∶n(AgNO 3 )=3∶1 时 , 由 图 4(b)可 见 , 过 量 的 PVP 致 使 纳 米 银 晶 核 各 向 同 性 生 长 ,最 后 所 得 产 物 有 大 量 的 准 球 形 颗 粒 .3 结 论1) 采 用 苯 胺 液 相 还 原 法 在 比 较 温 和 的 反 应 条件 下 合 成 了 分 散 性 良 好 的 三 角 形 银 纳 米 片 .2)XRD 表 明 合 成 的 试 样 为 纯 单 质 Ag;SEM 结果 显 示 , 合 成 的 三 角 形 银 纳 米 片 的 平 均 边 长 和 厚 度分 别 为 750 和 50nm.3) 根 据 氧 化 还 原 性 质 , 采 用 苯 胺 液 相 化 学 还 原法 成 功 地 合 成 了 三 角 形 银 纳 米 片 , 说 明 苯 胺 可 作 为一 种 还 原 剂 合 成 纳 米 银 材 料 , 并 且 用 这 种 简 单 的 合成 方 法 有 望 合 成 其 他 贵 金 属 纳 米 材 料 , 其 具 体 反 应机 理 有 待 进 一 步 研 究 .参 考 文 献 :[1] CaoYW C,JinR,MirkinCA.NanoparticleswithramanspectroscopicfingerprintsforDNA andRNA detection[J].Science,2002,297(5586):1536-1540.[2] ShiraishiY,ToshimaN.Coloidalsilvercatalystsforoxidationofethylene[J].JournalofMolecularCatalysisA,Chemical,1999,141(1/2/3):187-192.[3] XiaYN,YangPD,SunYG,etal.Onedimensionalnanostructures:synthesis,characterization,andapplications[J].AdvancedMaterials,2003,15(5):353-389.[4] HaesAJ,vanDuyneRP.Ananoscaleopticalbiosensor:sensitivityandselectivityofanapproachbasedonthelocalizedsurfaceplasmonresonancespectroscopyoftriangularsilvernanoparticles[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2002,124(35):10596-10604.[5] PanacekA,KvitekL,PrucekR,etal.Silvercoloidnanoparticles:synthesis,characterization,andtheirantibacterialactivity[J].JournalofPhysicalChemistry B,2006,110 (33):16248-16253.[6] SunXP,DongSJ,WangEK.Rapidpreparationandcharacterizationofuniform,large,sphericalAgparticlesthroughasimplewetchemicalroute[J].JournalofColoidandInterfaceScience,2005,290(1):130-133.[7] SunYP,AtorngitjawatP,MezianiMJ.Preparationofsilvernanoparticlesviarapidexpansionofwaterincarbondioxidemicroemulsionintoreductantsolution[J].Langmuir,2001,17(19):5707-5710.[8] HeY,ShiGQ.Surfaceplasmonresonancesofsilvertrianglenanoplates:graphicasignmentsofresonancemodesandlinearfittingsofresonancepeaks[J].JournalofPhysicalChemistryB,2005,109(37):17503-17511.[9] CaoZW,FuHB,KangLT,etal.RapidroomtemperaturesynthesisofsilvernanoplateswithtunableinplanesurfaceplasmonresonancefromvisibletonearIR[J].JournalofMaterialsChemistry,2008,18(23):2673-2678.[10] PastorizaSantosI,LizMarzanLM.SynthesisofsilvernanoprismsinDMF[J].NanoLeters,2002,2(8):903-905.[11] JinRC,CaoYC,HaoE,etal.Controlinganisotropicnanoparticlegrowththroughplasmonexcitation[J].Nature,2003,425(6957):487-490.[12] JinRC,CaoYW,MirkinCA,etal.Photoinducedconversionofsilvernanospheres to nanoprisms[J].Science,2001,294(5548):1901-1903.[13] SunYG,MayersB,XiaYN.Transformationofsilvernanospheresintonanobeltsandtriangularnanoplatesthroughathermalproces[J].NanoLeters,2003,3(5):675-679.[14] IyerKS,BondCS,SaundersM,etal.ConfinementofsilvertrianglesinsilvernanoplatestemplatedbyduplexDNA[J].CrystalGrowthandDesign,2008,8(5):1451-1453.[15] ChenSH,CarolDL.Synthesisandcharacterizationoftruncatedtriangularsilvernanoplates[J].NanoLeters,2002,2(9):1003-1007.[16] XiongYJ,WashioI,ChenJY,etal.Poly(vinylpyrolidone):adualfunctionalreductantandstabilizerforthefacilesynthesisofmetalnanoplatesinaqueoussolutions[J].Langmuir,2006,22(20):8563-8570.[17] WashioI,XiongYJ,YinYD,etal.Reductionbytheendgroupsofpoly(vinylpyrolidone):anewandversatileroutetothekineticalycontroledsynthesisofAgtriangularnanoplates[J].AdvancedMaterials,2006,18(13):1745-1749.[18] SongJL,ChuY,LiuY,etal.Roomtemperaturecontrolablefabricationofsilvernanoplatesreducedbyaniline[J].ChemicalCommunications,2008,10:1223-1225.[19] SunYG,XiaYN.Shapecontroledsynthesisofgoldandsilvernanoparticles[J].Science,2002,298(5601):2176-2179.[20] WielyBJ,SunYG,ChenJY,etal.Shapecontroledsynthesisofsilverandgoldnanostructures[J].MRSBuletin,2005,30(5):356-361.[21] SunYG,YinYD,MayersBT,etal.Uniform silvernanowiressynthesisbyreducingAgNO 3 withethyleneglycolinthepresenceofseedsandpoly(vinylpyrolidone)[J].ChemistryofMaterials,2002,14(11):4736-4745.[22] WileyBJ,SunYG,MayersB,etal.Shapecontroledsynthesisofmetalnanostructures:thecaseofsilver[J].ChemistryaEuropeanJournal,2004,11(2):454-460.