[发明专利]一种银纳米线的快速高浓度合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体地说是一种银纳米线的快速高浓度合成方法。

背景技术

银纳米线是一种新型的一维纳米材料，除了具有纳米粒子比表面积大、表面活性高、催化性能优良等特性，还具有独特的表面等离子共振效应和优良的导电性能，已广泛应用于表面增强拉曼技术、生物标记及生物检测技术、功能纳米器件等领域，受到人们的广泛关注。银纳米线的合成是其应用的基础，因此，银纳米线的合成研究受到了广泛关注和重视，特别是快速、高浓度合成方法的研究，对于银纳米线的商业化规模生产及应用具有重要意义。

目前，银纳米线的制备中最主要的方法是Y.Sun，Y.Xia等[Y.Sun，B.Gares，et al.Nano Letters 2002，2，165-168；Y.Sun，Y.Yin，et al.Chemistry of Materials 2002，14，4736-4745]提出的多元醇法，该方法主要是利用多元醇在聚乙烯吡咯烷酮的诱导下还原硝酸银制备银纳米线。在多元醇法中由于乙二醇的介电常数高，除了能溶解制备银纳米线的前驱体硝酸银外，还可以溶解部分高分子稳定剂，是目前多元醇法中最常用的溶剂。近年来，科研工作者通过在反应体系中加入适当的阴阳离子、中性分子及其他控制剂改进了银纳米线的制备[C.Chen，L.Wang，et al.Nanotechnology 2007，18，115612-115619；B.Wiley，Y.Sun，Y.Xia Langmuir 2005，14，8077-8080；W.J.Zhang；P.Chen，et al.Chemistry ofMaterials 2008，20，1699-1704]，但是仍存在反应前驱体硝酸银浓度低、反应时间长、纳米线产率低、需要惰性气体保护等缺陷，限制了其大规模生产及应用。因此，开发一种快速、浓度银纳米线的制备方法，得到形貌、尺寸可控的银纳米线，将大大加快银纳米线商业化应用进程。本发明就是利用促进剂和形貌控制剂，实现银纳米线的快速、高浓度合成。

发明内容

为了克服银纳米线现有合成技术的不足，本发明的目的是提供一种银纳米线的快速、高浓度合成方法，且无需惰性气体保护。

快速高浓度合成银纳米线的步骤如下：

在搅拌、冷凝回流下，采用油浴加热控制温度在140～180℃，将体积份为1份的乙二醇溶液预热10min，然后加入体积份为1份、浓度为0.1～3M的硝酸银乙二醇溶液，最后缓慢加入体积份为1份、浓度为0.1～9M的聚乙烯吡咯烷酮、浓度为0.1～10μ的促进剂和形貌控制剂乙二醇溶液，反应时间为8～30min，冷却至室温得到银纳米线母液；

所得的银纳米采用离心分离的方法提纯，将银纳米线母液移至离心管中，加入体积为母液体积5～10倍的丙酮溶液，在1500～5000rpm的转速下离心分离，移走上层清夜，留取底层沉淀物，重复1～2次此过程，再将得到的沉淀物加入体积为反应母液体积5～10倍的去离子水或乙醇溶液中，混合均匀后在1500～4000rpm的转速下离心分离，移走上层清夜，留取底层沉淀物，重复此过程2～3次，最后将得到的银纳米线分散储存于去离子水或乙醇溶液中。

所述的聚乙烯吡咯烷酮与硝酸银的摩尔比，即聚合物的重复单元与银离子的摩尔比为0.5～3∶1。

所述的反应最佳温度为140～180℃。

所述所述的促进剂和形貌控制剂为L-半胱氨酸，银离子与L-半胱氨酸的摩尔比为10⁷∶1～100。

所述的硝酸银乙二醇溶液的加入速度控制在20～50mL/min，聚乙烯吡咯烷酮、促进剂和形貌控制剂的乙二醇溶液加入速度控制在1mL～10mL/min。

所述的银纳米线的提纯方法为离心分离，其中丙酮、去离子水或乙醇与母液的体积比为5～10倍。

本发明与背景技术相比具有如下优势：

1.反应采取一步法，无需惰性气体保护，操作简单。

2.反应中银纳米线的前驱体硝酸银的浓度明显提高，最大可由0.1M提高到3M。

3.反应速度明显加快，只需8～30min，大大缩短了制备周期，提高了合成效率。

4.反应得到的银纳米线尺寸均一，形貌尺寸可通过控制剂调节，提纯后可得到平均直径在100～300nm，平均长度为10～100μm。

5.反应稳定性好，所得银纳米线的产率高，且重现性好。