[发明专利]一种银铜纳米合金及其电合成方法

说明书

技术领域

本发明属于金属功能材料领域，具体是一种不含表面活性剂的银铜纳米合金及其毛细管力诱导电化合成方法。

背景技术

银铜纳米合金具有表面等离子共振(surface plasmon resonance，SPR)活性，在保持纳米粒子尺寸不变的同时，可以通过成份调制其表面等离子共振波长。目前，银铜纳米合金的制备方法主要三种：

第一是在各种表面活性剂分子的帮助下的电化学合成反应，如在专利200910022693.3中，在电解液中加入聚乙二醇-10000，采用三电极电解池，恒电位法在ITO玻璃板上沉积出银铜纳米合金，但是，通过这一途径制得银铜纳米合金的表面存在一层有机分子。

第二是在金属铜表面上的电镀取代反应，如在文献Small，2011，7：858-863中，使用铜泡沫放到硝酸银溶液中时，由于Ag⁺/Ag的标准电极电势大于Cu²⁺/Cu，所以在泡沫铜表面上沉积银颗粒，同时溶液中的Cu²⁺沉淀在银颗粒上，但是，通过这一途径在Cu基体上制备银铜纳米合金，不能直接调制Ag和Cu的比例。

第三是在微小模板进行物理沉积(如热蒸发、电子束发射、溅射、原子层沉积)枝晶状银铜纳米合金，金属纳米结构的形状由模板决定，如文献Applied Optics，2002，41(25)，5413的报道。但是，这种方法制备的银铜纳米合金是由银固溶体和铜固溶体组成的复相合金，具有两个表面等离子共振峰。

分析制备银铜纳米合金的现有技术，第一种方法中表面活性剂分子阻止银铜纳米粒子的聚集，这限制了它的很多应用，例如，当枝晶状银铜纳米合金用在电子传导元件时，金属纳米粒子上的有机物涂层会引起电阻增加，严重阻碍了电子的传递；第二种方法是一个无表面活性剂的合成方法，但通过这一途径制得银铜纳米合金的不能直接调制Ag和Cu的比例；第三种方法制备纳米模板和真空沉积是一个复杂的过程，且制备价格昂贵，不能满足大规模的工业化应用。

通过检索专利文献与论文数据库，在专利CN1197708中，李宗全等人采用0.01～0.04％的硝酸银、0.01～0.2％的硝酸铜、0.01～0.5％的水合肼的水溶液，将硝酸银和硝酸铜水溶液混合后，在搅拌中加入水合肼水溶液，经过滤、洗涤、低温干燥，得到钠米银铜合金粉。用此方法制得的粉体粒度为纳米级，但是这种方法的缺点是水合肼会吸附在银铜合金表面上，影响导电性质、光学性质和催化性能。

发明内容

为克服现有技术中存在的或者其应用受到限制，或者不能直接调制Ag和Cu的比例，或者制备过程复杂、成本高，不能满足大规模的工业化应用的不足，本发明提出了一种银铜纳米合金及其电合成方法。

本发明提出的银铜纳米合金包括Ag和Cu，并且Ag和Cu的摩尔成分为xAg-(1-x)Cu，其中x＝0.5-0.9。银铜纳米合金的相为FCC结构银单相固溶体，合金的(111)衍射峰和纯金属Ag的(111)衍射峰一致，合金具有一个表面等离子共振峰，合金的形状为枝晶，其二次枝晶间距为100nm-300nm，三次枝晶长度为100m-500m。

本发明提出的制备银铜纳米合金的方法包括以下步骤：

步骤一、准备ITO基体

将ITO玻璃板表面擦拭干净；将ITO玻璃板基体放入0.5mol/L的NaOH溶液中超声清洗15min；将ITO放入丙酮溶液中超声清洗30min；超声功率为35W；用二次去离子水冲洗ITO玻璃板，晾干后待用；

步骤二、电解液的配制

称量20ml的二次去离子水，加入0.0170g的AgNO₃，再加入0.0027～0.0243g的Cu(NO₃)₂.3H₂O，用玻璃棒将其搅拌均匀；

步骤三、电沉积

用毛细管把配置好的电解液一滴滴不断地加入电极的阳极和阴极之间，使电极的阳极和阴极之间充满电解液；沉积电位为-1.2V，在室温下进行沉积；沉积的时间为5min；在ITO玻璃板上形成具有枝晶形貌的银铜纳米合金。

本发明的电解液中不含表面活性剂分子，以ITO玻璃板为阴极，以银板为阳极，在恒电位下生长出枝晶结构的银铜纳米合金。所形成的银铜纳米枝晶具有粗糙、清洁的表面和大的比表面积，在表面增强光谱、表面等离子光学催化和表面等离子增强太阳能吸收等方面具有较好的应用。