一種花狀銀納米球、其製備方法及其應用與流程
2023-05-12 16:04:21 2
本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及一種花狀銀納米球、其製備方法及其應用。
背景技術：
納米材料是指在三維空間中至少有一個方向尚處於1～100nm尺度的材料。納米材料按照其維數可分為三類：(1)零維，如量子點、納米顆粒、原子團簇、納米孔洞等；(2)一維，如納米棒、納米絲、納米線、納米管等；(3)二維，如超薄膜、量子阱、超晶格等。納米材料不同於傳統固體材料，因其具有較大的比表面積從而表現出許多特異的性能，其性能與其尺寸大小以及形貌息息相關。一般來說，大多數功能材料的實際應用，還有它的許多優秀的內在屬性，都極度依賴其結構和形態。目前，為了滿足多種多樣的實際需求，許多銀納米的結構已經成功地合成了，例如：納米線、納米棒、納米片、納米帶。
銀納米作為功能材料如催化劑，由於其尺寸小，比表面積大，表面原子配位不全等使得表面的活性位顯著增加。此外，由於銀納米粒子表面等離子振蕩吸收峰附近具有超快的非線性光學響應，把納米銀摻雜在半導體或絕緣體中，可獲得較大的非線性極化率，利用這一特性可製作光電器件，如光開關、高級光學器件的顏色過濾器等。
然而，傳統製備銀納米材料的方法，反應條件苛刻而對設備要求高，製備方法繁瑣，還經常用到有毒的有機溶劑，影響人體健康，造成環境汙染，不符合綠色化學的理念。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種花狀銀納米球、其製備方法及其應用，該製備方法條件溫和，環境友好，且製得的花狀銀納米球具有較好的光學特性和穩定性。
本發明提供了一種花狀銀納米球的製備方法，包括以下步驟：
將胺基酸溶液採用ph值調節劑調節至ph值為4～6，得到還原劑溶液，所述胺基酸溶液選自半胱氨酸溶液或還原型穀胱甘肽溶液；
在攪拌的條件下，將所述還原劑溶液和銀氨溶液混合，反應，得到花狀銀納米球；
所述還原劑溶液中的還原劑和銀氨溶液中的銀離子的物質的量比為1:1～1:10，所述反應的溫度為30～80℃，反應的時間為5～10h。
優選地，所述還原劑溶液中的還原劑和銀氨溶液中的銀離子的物質的量比為1:1～1:6。
優選地，所述ph值調節劑為質量分數為1～10％的氫氧化鈉溶液。
優選地，所述銀氨溶液的摩爾濃度為1～5mmol/l。
優選地，所述胺基酸溶液的摩爾濃度為1～5mmol/l。
優選地，所述還原劑溶液中的還原劑和銀氨溶液中的銀離子的物質的量比為1:1、1:3或1:4。
優選地，所述攪拌的速率為200～300rpm。
本發明提供了一種花狀銀納米球，所述花狀銀納米球的紫外吸收特徵峰在420±10nm。
本發明提供了一種花狀銀納米球在表面拉曼增強活性基底製備中的應用；
所述花狀銀納米球由上述技術方案所述製備方法製得或上述技術方案所述花狀銀納米球。
本發明提供了一種花狀銀納米球的製備方法，包括以下步驟：將胺基酸溶液採用ph值調節劑調節至ph值為4～6，得到還原劑溶液，所述胺基酸溶液選自半胱氨酸溶液或還原型穀胱甘肽溶液；在攪拌的條件下，將所述還原劑溶液和銀氨溶液混合，反應，得到花狀銀納米球；所述還原劑溶液中的還原劑和銀氨溶液中的銀離子的物質的量比為1:1～1:10，所述反應的溫度為30～80℃，反應的時間為5～10h。本發明提供的方法在沒有模板存在的條件下，利用半胱氨酸或還原型穀胱甘肽作為還原劑和活性劑，一步得到花狀結構銀納米球。該方法反應條件溫和，操作簡便，環境汙染小；該方法通過控制製備原料的用量和反應條件，使製得的花狀銀納米球具有較好的光學特性和穩定性。實驗結果表明：花狀銀納米球的zeta電位值可達+50mv；具有較強的拉曼效應。
附圖說明
圖1為本發明實施例1製備的花狀銀納米球放大500k倍的掃描電鏡圖；
圖2為本發明實施例1製備的花狀銀納米球放大5000k倍的掃描電鏡圖；
圖3為本發明實施例1製備的花狀銀納米球的紫外吸收光譜圖；
圖4為本發明實施例1製備的花狀銀納米球的zeta電位測試圖；
圖5為本發明實施例1製備的花狀銀納米球和對比例製備的樹枝狀銀納米粒子的拉曼光譜測試圖。
具體實施方式
本發明提供了一種花狀銀納米球的製備方法，包括以下步驟：
將胺基酸溶液採用ph值調節劑調節至ph值為4～6，得到還原劑溶液，所述胺基酸溶液選自半胱氨酸溶液或還原型穀胱甘肽溶液；
在攪拌的條件下，將所述還原劑溶液和銀氨溶液混合，反應，得到花狀銀納米球；
所述還原劑溶液中的還原劑和銀氨溶液中的銀離子的物質的量比為1:1～1:10，所述反應的溫度為30～80℃，反應的時間為5～10h。
本發明提供的方法在沒有模板存在的條件下，利用半胱氨酸或還原型穀胱甘肽作為還原劑和活性劑，一步得到花狀結構銀納米球。該方法反應條件溫和，操作簡便，環境汙染小；該方法通過控制製備原料的用量和反應條件，使製得的花狀銀納米球具有較好的光學特性和化學穩定性。
本發明將胺基酸溶液採用ph值調節劑調節至ph值為4～6，得到還原劑溶液。在本發明中，所述胺基酸溶液選自半胱氨酸溶液或還原型穀胱甘肽溶液；所述胺基酸溶液的摩爾濃度優選為1～5mmol/l；在本發明的具體實施例中，所述胺基酸溶液的摩爾濃度具體為1mmol/l或3mmol/l。所述ph值調節劑優選為質量分數為1～10％的氫氧化鈉溶液；在本發明的具體實施例中，所述ph值調節劑具體為質量分數為1％的氫氧化鈉溶液、質量分數為3％的氫氧化鈉溶液或質量分數為5％的氫氧化鈉溶液。
本發明在攪拌的條件下，將所述還原劑溶液和銀氨溶液混合，反應，得到花狀銀納米球。本發明優選將還原劑溶液滴加到銀氨溶液中。所述攪拌的速率優選為200～300rpm。在本發明中，所述銀氨溶液的摩爾濃度優選為1～5mmol/l；在本發明的具體實施例中，所述銀氨溶液的摩爾濃度具體為1mmol/l、3mmol/l或5mmol/l。
在本發明中，所述還原劑溶液中的還原劑和銀氨溶液中的銀離子的物質的量比優選為1:1～1:6。在本發明的具體實施例中，所述還原劑溶液中的還原劑和銀氨溶液中的銀離子的物質的量比為1:1、1:3或1:4。
在本發明中，所述反應的溫度為30～80℃，優選為30～60℃；在本發明的具體實施例中，所述反應的溫度為30℃、40℃或60℃。在本發明中，所述反應的時間為5～10h，優選為7～10h；在本發明的具體實施例中，所述反應的時間為7h、7.5h或8h。
本發明提供了一種花狀銀納米球，所述花狀銀納米球的紫外吸收特徵峰在420nm左右。
本發明提供了一種花狀銀納米球在表面拉曼增強活性基底製備中的應用；
所述花狀銀納米球由上述技術方案所述製備方法製得或上述技術方案所述花狀銀納米球。所述花狀銀納米球具有較好的表面拉曼增強散射效應。
本發明所製備的花狀結構銀納米球提高了納米粒子的穩定性以及生物相容性，與金屬納米顆粒和塊狀金屬相比，有著更為豐富的光學特性和電子學特性，特別是在製造電子、光電子和傳感器等納米器件時，有著廣泛的應用；也可實現金屬納米粒子生物醫療檢測領域的大規模應用
為了進一步說明本發明，下面結合實施例對本發明提供的一種花狀銀納米球、其製備方法及其應用進行詳細地描述，但不能將它們理解為對本發明保護範圍的限定。
對比例
稱取121mg半胱氨酸，溶解於100ml蒸餾水溶液中，配置成10mmol/l的半胱氨酸溶液；稱取170mg硝酸銀，用100ml蒸餾水溶解，配置成10mmol/l的硝酸銀溶液；
在溫度t＝70℃和ph值＝6.5條件下向5ml、10mmol/l的硝酸銀溶液中加入5ml、10mmol/l的半胱氨酸溶液，徹底攪拌反應4h，得到樹枝狀結構銀納米粒子。
本發明對比例製備的樹枝狀銀納米球的zeta電位值為+40.6mv。
實施例1
(1)用去離子水配製1mmol/l銀氨溶液；
(2)用去離子水配製1mmol/l還原性穀胱甘肽溶液；
(3)用去離子水配製1％的氫氧化鈉；
(4)用1％的氫氧化鈉溶液調節還原性穀胱甘肽溶液的ph值為5；
(5)在30℃時往不斷攪拌的銀氨溶液中滴加還原性穀胱甘肽溶液，使還原性穀胱甘肽與銀離子的比例為1：1，持續反應7.5小時，得到花狀銀納米球。
本發明對實施例1製備的花狀銀納米球進行掃描電競分析，結果見圖1和圖2，圖1為本發明實施例1製備的花狀銀納米球放大5000倍的掃描電鏡圖；圖2為本發明實施例1製備的花狀銀納米球放大50000倍的掃描電鏡圖；由圖1和圖2可以看出：由半胱氨酸或還原性穀胱甘肽合成的銀納米球呈現出明顯的花狀結構。
圖3為本發明實施例1製備的花狀銀納米球的紫外吸收光譜圖；由圖3可以看出：本發明實施例1製備的花狀銀納米球的紫外吸收特徵峰在420nm左右。
zeta電位，是表徵膠體溶液穩定性的重要指標，可以度量顆粒之間的排斥力或吸引力，其數值與膠體溶液的穩定性相關。一般來說，zeta電位愈高，顆粒的分散體系愈穩定。當顆粒帶有高於+30mv或低於-30mv的zeta電位，則該分散體系應該比較穩定。圖4為本發明實施例1製備的花狀銀納米球的zeta電位測試圖；由圖4可以看出：本發明實施例1製備的花狀銀納米球的zeta電位值可達+50mv，說明本發明提供的花狀銀納米粒子的穩定性較好。
圖5為本發明實施例1製備的花狀銀納米球和對比例製備的樹枝狀銀納米粒子的拉曼光譜測試圖。由圖5可以看出，相對於枝狀的銀納米顆粒，本發明花狀銀納米球具有更強的拉曼效應。
實施例2
(1)用去離子水配製5mmol/l銀氨溶液。
(2)用去離子水配製1mmol/l半胱氨酸(l-cys)溶液。
(3)用去離子水配製3％的氫氧化鈉溶液。
(4)用3％的氫氧化鈉溶液調節半胱氨酸(l-cys)溶液的ph為6。
(5)在40℃時往不斷攪拌的銀氨溶液中滴加半胱氨酸(l-cys)溶液，使半胱氨酸(l-cys)與銀離子的比例為1：3，持續反應7小時，得到花狀銀納米球。
實施例2製備的花狀銀納米球的zeta電位值和拉曼效應與實施例1製備的花狀銀納米球的效果相似，在此不再詳細闡述。
實施例3
(1)用去離子水配製3mmol/l銀氨溶液。
(2)用去離子水配製3mmol/l還原性穀胱甘肽溶液。
(3)用去離子水配製5％的氫氧化鈉溶液。
(4)用5％的氫氧溶液調節還原性穀胱甘肽溶液的ph為4。
(5)在60℃時往不斷攪拌的銀氨溶液中滴加還原性穀胱甘肽溶液，使還原性穀胱甘肽與銀離子的比例為1：4，持續反應8小時，得到花狀銀納米球。
實施例3製備的花狀銀納米球的zeta電位值和拉曼效應與實施例1製備的花狀銀納米球的效果相似，在此不再詳細闡述。
由以上實施例可知，本發明提供了一種花狀銀納米球的製備方法，包括以下步驟：將胺基酸溶液採用ph值調節劑調節至ph值為4～6，得到還原劑溶液，所述胺基酸溶液選自半胱氨酸溶液或還原型穀胱甘肽溶液；在攪拌的條件下，將所述還原劑溶液和銀氨溶液混合，反應，得到花狀銀納米球；所述還原劑溶液中的還原劑和銀氨溶液中的銀離子的物質的量比為1:1～1:10，所述反應的溫度為30～80℃，反應的時間為5～10h。本發明提供的方法在沒有模板存在的條件下，利用半胱氨酸或還原型穀胱甘肽作為還原劑和活性劑，一步得到花狀結構銀納米球。該方法反應條件溫和，操作簡便，環境汙染小；該方法通過控制製備原料的用量和反應條件，使製得的花狀銀納米球具有較好的光學特性和化學穩定性。實驗結果表明：花狀銀納米球的zeta電位值可達+50mv；具有較強的拉曼效應。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。