一種水系中合成納米銀/二氧化矽核殼粒子的方法
2023-06-01 16:57:46 2
專利名稱：一種水系中合成納米銀/二氧化矽核殼粒子的方法
技術領域：
本發明涉及複合納米粒子製備領域，具體涉及ー種水系中合成納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的方法。
背景技術：
納米技術是20世紀80年代末迅速發展起來的ー門前沿交義性的新興學科，是在微尺度上研究和利用原子與分子的結構、特性及其相互作用的高新技木。納米技術被公認為是21世紀最有前途的科學領域。隨著科技的發展，人們越來越重視綠色化學。緑色化學又稱環境友好化學、環境無害化學、清潔化學。納米材料緑色合成的三個標準是選用對環境無汙染的溶劑體系、還原劑以及無毒的穩定劑。
貴金屬納米粒子，因其粒徑小、比表面積大而具有許多獨特性質，如導電性、抗靜電、抗磁、感光、催化等，在光學材料、貴金屬漿料、生物工程及醫藥、催化工業和微電子エ業等方面的具有重要的應用。其中納米銀是ー種新興的功能材料，具有很高的比表面積和表面活性，導電率比普通銀塊至少高20倍，因此，納米銀被廣泛用作催化劑材料、防靜電材料、低溫超導材料、電子漿料和生物傳感器材料等。另外，納米銀還具有抗菌、除臭及吸收部分紫外線的功能，因而可應用於醫藥行業和化妝品行業。然而納米銀因其高的表面活性，穩定性不好，易發生團簇，影響了納米銀的性質，這為納米銀的應用造成了障礙。核殼材料是ー種由中心粒子和殼層組成的複合型材料，核殼材料因其組成、大小和結構排列的特殊性而具有特殊的物理和化學性能，在納米複合材料領域中佔有重要地位，近年來倍受科學家的關注。核殼結構的設計一方面是採用性質相對穩定的外殼來保護內核粒子不發生物理、化學變化，另ー方面是希望外殼能改善內核粒子的表面電性、表面活性以及穩定性、分散性等，通過表面包覆可以將外殼粒子特有的電磁性能、光學性能、催化性能等賦予內核粒子。將銀納米粒子表面包覆一層穩定和外殼可以達到良好的穩定和分散納米銀的效果，又可賦予其外殼層材料特有的性能。以納米銀為核的核殼粒子的研究對於改善納米銀性質具有重要的意義。ニ氧化矽是ー種穩定的絕緣材料，除了具有特殊的光學、熱學和電學性能外，還可可控制其具有介孔結構，是金屬納米粒子的良好載體和基底。因此納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的製備和研究引起了科學家的極大關注。目前，已報導幾種合成納米銀/ニ氧化矽核殼粒子的方法，主要包括將正矽酸脂加入鹼性的こ醇體系的納米銀種子溶液中或者利用水玻璃改善銀溶膠的極性。由於納米銀一般在水體系中合成，而正矽酸脂易在有機體系中發生水解和縮聚，現存的納米銀核殼粒子的製備方法中需要現行改變銀溶膠的溶劑體系或者極性，這ー步驟增加了エ藝難度和流程。如果能夠直接在水體系中一歩法合成納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子，會大大簡化該類材料的製備エ藝流程和成本。這樣的方法在相關的文獻和專利中尚未見報導
發明內容
本發明的目的在於提供ー種エ藝簡單、成本低廉、反應周期短的水系中合成納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的方法。本發明提出的水系中合成納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的方法，具體步驟如下
(1)以葡萄糖為還原劑、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為分散劑，採用超聲振蕩法製備顆粒粒徑為10nm-50nm，濃度為O. 005 -O. 01 mol/1的銀溶膠；
(2)攪拌條件下，將TEOS逐滴滴加到攪拌狀態下的步驟(I)所製備的銀溶膠中，攪拌10_30min ；
(3)將氨水慢慢滴加到步驟(2)的混合物中，攪拌10-20min； (4)將步驟(3)所得產物在40-60°C下超聲振蕩3-5小吋，接著在該溫度下保溫5_15小時；
(5)將步驟(4)所得產物80-140°C恆溫溶劑蒸發乾燥，得到納米銀/ニ氧化矽核殼粒子粉末；
其中銀溶膠、TEOS和氨水的添加比例為0. 005-0. 01mol/l, 50-100ml :0.ト2ml O. 05-0. 2ml ο本發明中，步驟(5)所用的乾燥方法為常壓恆溫乾燥或真空恆溫乾燥。利用本發明方法製備得到的納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的殼層厚度為8nm-20nm。本發明成功地避免了銀溶膠溶劑體系的替換或者極性的改變，在水系中一歩合成納米銀/ニ氧化矽核殼粒子。所製備的納米銀/ニ氧化矽核殼粒子穩定性高、殼層厚度定量可控。製備原料易得、成本低廉，操作簡單，對於催化劑生產、化工及環境治理等領域，都有重要的意義。
圖I薄殼層納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的TEM圖。圖2中間殼層納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的TEM圖。圖3厚殼層納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的TEM圖。圖4真空乾燥納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的SEM圖。
具體實施例方式以下通過實施例及附圖進一歩具體說明本發明。(各原料均為市售原料，無特別說明純度均為化學純或分析純等級)。實施例I :常壓乾燥薄殼層納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的製備
銀溶膠、TE0S、氨水的添加比例為 10-30nm, O. 005mol/L, 100ml: O. 2ml: 0. 05ml，充分攪拌的情況向銀溶膠中下逐滴添加TE0S，滴加完畢後充分攪拌lOmin，接著向混合液體中緩慢滴加氨水，繼續攪拌lOmin。將混合液體轉移至超聲振蕩器中，在40°C，IOOw下超聲振蕩3h，接著在40°C下保溫5h。將所得產物常壓140°C下溶劑蒸發，即可得納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子。殼層厚度為8nm，其TEM表徵如圖I。實施例2 :常壓乾燥中間殼層納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的製備
銀溶膠、TE0S、氨水的添加比例為10-30nm，O. 005mol/L, O. 8ml: O. 1ml，充分攪拌的情況向銀溶膠中下逐滴添加TE0S，滴加完畢後充分攪拌20min，接著向混合液體中緩慢滴加氨水，繼續攪拌lOmin。將混合液體轉移至超聲振蕩器中，在60°C，IOOw下超聲振蕩5h，接著在60°C下保溫10h。將所得產物常壓140°C下溶劑蒸發，即可得納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子。殼層厚度為16nm，其TEM表徵如圖2。實施例3 :常壓乾燥厚殼層納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的製備
銀溶膠、TE0S、氨水的添加比例為20-50nm，O. 01mol/L, 2ml: O. lml，充分攪拌的情況向銀溶膠中下逐滴添加TE0S，滴加完畢後充分攪拌30min，接著向混合液體中緩慢滴加氨水，繼續攪拌20min。將混合液體轉移至超聲振蕩器中，在60°C，IOOw下超聲振蕩5h，接著在60°C下保溫10h。將所得產物常壓140°C下溶劑蒸發，即可得納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子。殼層厚度為20nm，其TEM表徵如圖3。實施例4 :真空乾燥納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的製備
銀溶膠、TE0S、氨水的添加比例為20-50nm，0. 01mol/L, 2ml: 0. 1ml，充分攪拌的情況 向銀溶膠中下逐滴添加TE0S，滴加完畢後充分攪拌30min，接著向混合液體中緩慢滴加氨水，繼續攪拌20min。將混合液體轉移至超聲振蕩器中，在60°C，IOOw下超聲振蕩5h，接著在60°C下保溫10h。將所得產物在真空環境80°C下溶劑蒸發，即可得納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子。殼層厚度為20nm，其SEM表徵如圖4。以上所述的實施例僅為了說明本發明的技術思想及特點，其目的在於使本領域的普通技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，本專利的範圍並不僅局限於上述具體實施例，即凡依本發明所掲示的精神所作的同等變化或修飾，仍涵蓋在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.ー種水系中合成納米銀/ ニ氧化矽核殼粒子的方法，其特徵在於具體步驟如下 (I)以葡萄糖為還原劑、CTAB為分散劑，採用超聲振蕩法製備顆粒粒徑為10nm-50nm，濃度為O. 005 -O. 01 mol/1的銀溶膠； (2)攪拌條件下，將TEOS逐滴滴加到攪拌狀態下的步驟(I)所製備的銀溶膠中，攪拌10_30min ； (3)將氨水慢慢滴加到步驟(2)的混合物中，攪拌10-20min； (4)將步驟(3)所得產物在40-60°C下超聲振蕩3-5小時，接著在該溫度下保溫5_15小時； (5)將步驟(4)所得產物80-140°C恆溫溶劑蒸發乾燥，得到納米銀/ニ氧化矽核殼粒子粉末； 其中銀溶膠、TEOS和氨水的添加比例為0. 005-0. 01mol/l, 50_100ml :0.ト2ml O.05-0. 2ml ο
2.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於步驟(5)所用的乾燥方法為常壓恆溫乾燥或真空恆溫乾燥。
3.根據權利要求I所述的製備方法，其特徵在於所得的納米銀/ニ氧化矽核殼粒子的殼層厚度為8nm-20nm。
全文摘要
本發明涉及一種在水體系中製備銀/二氧化矽核殼納米粒子的方法，即以正矽酸四乙酯(TEOS)和銀溶膠為前驅體，以去離子水為溶劑，鹼性環境下，通過超聲振蕩過程在納米銀表面包覆一層二氧化矽。作為一種簡單的製備方法，本發明具有符合綠色合成的原則、一步法製備、反應過程簡單可控、反應周期較短、製備的銀/二氧化矽核殼納米粒子包覆厚度可控等特點。
文檔編號B01J13/02GK102671588SQ20121014926
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月15日 優先權日2012年5月15日
發明者吳建棟, 張麗峰, 張志華, 李秀妍, 杜艾, 沈軍, 高國華 申請人:同濟大學