[发明专利]一种超薄银纳米板的合成方法

摘要

本发明是超薄银纳米板的合成方法，该方法包括：通过向硝酸银和表面活性剂的混合溶液中加入大量且过量的双氧水和强还原剂制备出晶种类型高度一致化的晶种溶液；利用晶种溶液，通过控制反应过程中还原剂及硝酸银的量，得到形貌、尺寸可控，且单分散的第一种银纳米板；通过多轮续生长得到带有随机“缝隙”和“热点”的第二种银纳米板；通过引入卤素离子/双氧水刻蚀缺陷，多轮续生长得到边沿平整的超高长径比、超大且超薄的第三种银纳米板；并通过包裹上述三种结构独特的纳米板，得到核壳结构的超薄银纳米板。本发明创造性地提出了一种带有随机“缝隙”和“热点”的纳米板结构的制备方法；解决了银纳米板材料稳定性差的难题。

主权项

1.一种超薄银纳米板的合成方法，其特征在于该合成方法包括以下步骤：步骤一：晶种生长及筛选将硝酸银和表面活性剂混合，搅拌1‑3分钟，配置成混合溶液a，其中银离子的浓度为0.1‑100mmol/L；向混合溶液a中加入过量的双氧水溶液，充分搅拌，其中双氧水在反应体系中的浓度为0.5‑1000mmol/L，是硝酸银浓度的5倍以上；搅拌均匀后，加入过量的强还原剂；此时，溶液中的银经历反复、多轮的生长‑刻蚀过程，伴随着溶液颜色历经：透明、黑、淡黄、黑、黄、黑一系列变化，最终得到晶种类型高度一致化的孪晶晶种溶液；步骤二：大小可控的单分散银纳米板制备取步骤一得到的晶种溶液，加入所取晶种溶液体积的10‑1000倍的去离子水稀释，并向其中加入还原剂和表面活性剂，得到混合溶液b；向混合溶液b中加入硝酸银溶液，用于银纳米板的生长，其中银离子在反应体系中的浓度为0.01‑100mmol/L；随着反应体系中硝酸银浓度的增加，银纳米板逐渐长大，混合溶液历经：黄、橙、梅红、紫、蓝一系列颜色变化，最终生成100％产率的第一种银纳米板溶液，合成的纳米板边长尺寸在10‑2000纳米精确可调；步骤三：带有随机“缝隙”和“热点”的银纳米板多轮续生长制备取少量由步骤二得到的第一种银纳米板溶液，加入去离子水稀释至银单质浓度为0.001‑100mmol/L；向其中加入少量双氧水溶液，充分搅拌3‑5分钟，进行预刻蚀，严格控制体系中双氧水的浓度为0.001‑100mmol/L，使纳米板边沿变粗糙同时不至于破碎或分解；预刻蚀结束再依次向其中加入表面活性剂和还原剂，搅拌均匀得到混合溶液c；向混合溶液c中加入硝酸银溶液，硝酸银在还原的同时会生成氢离子，控制每轮银离子在反应体系中的浓度为0.01‑100mmol/L来刻蚀边沿粗糙位点，这一刻蚀过程与还原的氢原子的修复过程相互竞争，保证边沿形成龟裂的同时不至于破碎或分解；充分反应后，加入去离子水稀释至银单质浓度为0.001‑100mmol/L；重复步骤三上述步骤5‑6轮，溶液颜色逐渐变白，出现肉眼可辨的银白色小颗粒悬浮于溶液中，形成边沿龟裂带有许多随机“缝隙”及“热点”的第二种银纳米板溶液，当轮数增加至8轮以上时，纳米板的边长尺寸达到3‑10微米，并随轮数增长，尺寸保持动态稳定，通过继续增加轮数可提高第二种银纳米板的产量；步骤四：边沿平整的超高长径比、超大且超薄银纳米板的制备取少量由步骤二得到的第一种银纳米板溶液，加入去离子水稀释至银单质浓度为0.01‑100mmol/L；向其中加入双氧水溶液和碱金属卤化物，精确控制体系中双氧水的浓度为0.001‑100mmol/L，碱金属卤化物的浓度为0.001‑100mmol/L，对整个反应过程中的纳米板形貌进行实时地筛选，使边沿粗糙的纳米板迅速分解，仅保留晶向好的纳米板用于续生长；再向其中加入表面活性剂和还原剂，搅拌1‑3分钟，得到混合溶液d；向混合溶液d中加入硝酸银溶液，银离子在反应体系中的浓度为0.01‑100mmol/L；充分反应后，加入10‑100倍的去离子水稀释；重复步骤四上述步骤2‑3轮以内，可突破银纳米板生长极限，得到直径在20微米左右，而厚度小于20纳米，长径比达1000：1的边沿平整的超高长径比、超大且超薄的第三种纳米板溶液；步骤五：核壳结构银纳米板制备利用由步骤二或步骤三或步骤四制备过程得到的银纳米板溶液为原料制备核壳纳米板异质结构，具体方法如下：将正硅酸乙酯TEOS溶于乙醇中，配置成体积分数为0.1％‑10％的前驱体溶液，记作溶液A；取适量由步骤二或步骤三或步骤四制得的银纳米板溶液离心、稀释并加入质量分数为10％‑30％的双氧水溶液，配置成溶液B；按1：(0.01‑10)的比例将溶液A、B混合，持续搅拌5小时以上；通过离心去除未反应的过量药品，得到均匀、单分散的核壳结构的超薄银纳米板。