多面体纳米银粉的制备及表征

敖玉银

内蒙古科技大学化学与化工学院，内蒙古 包头 014000

纳米银粉因具有特异的量子尺寸效应和表面效应使得其在催化、微电子、光电子和电导材料等领域应用广泛［1－8］.不同的应用领域对纳米银粉的粒径有不同的要求.球形、粒径小和粒度分布窄的纳米银粉导电性好，是一种优良的电极材料.因此，制备规则球形纳米银粉，对提高电池性能很关键.液相还原法制备纳米银粉具有工艺简单、操作方便等优点，目前得到广泛应用.Ullah等人［9］以丙三醇为还原剂，在间苯二胺的保护下还原高浓度硝酸银，得到各向异性的纳米银粒子；Park等人［10］在强酸性条件下制备了粒径为10～30nm的纳米银粉；Rae等人［11］在强酸性条件下用萘磺酸钠和甲醛共聚物作保护剂，以抗坏血酸还原硝酸银，得到各种形貌的纳米银粒子.但是，在酸性条件下要得到规则球形且粒径分布均匀的纳米银粉操作较复杂.而在碱性条件下制备形状规则、粒径小和粒度分布窄的纳米银粉还没有见文献报道.为此，本文作者在碱性条件下，采用液相化学还原法制备了形状规则、分散性好的多面体（立方体）纳米银粉，并用扫描电镜观察银粉的形貌，用X射线衍射仪分析银粉的晶体结构.

1 实 验

1.1 试剂与仪器

试剂：硝酸银 w（AgNO3）≥99.8%（分析纯），氨水w（NH3·H2O）＝25%（分析纯），硼氢化钾w（KBH4）≥99.0%（分析纯），购于广州金华大试剂有限公司；十六甲基溴化铵（CTAB，分析纯），购于上海阿拉丁化学试剂公司，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）；浓盐酸w（HCl）≥99.0%（分析纯），无水乙醇（分析纯），购于广州金华大试剂有限公司；实验用水为净化的二次去离子水，电阻率≥18.2MΩ／cm，25℃.

仪器：JEOL－2010型扫描电子显微镜（SEM）；Zetasizer－3000HS型粒度分析仪（Malvern Instruments UK）；TG16－WS型台式高速离心机（湘仪离心机厂）；KQ3200E型超声波仪器（昆山超声仪器有限公司）；T09－1S型恒温磁力搅拌器（上海司乐仪器厂）；BS124S型电子天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）.

1.2 纳米银的制备

将1.5g AgNO3溶于少量的蒸馏水中，分别加入适量的表面活性剂PVP和CTAB，使其充分溶解.然后加热到80℃，逐滴加入氨水直至产生的沉淀完全溶解，磁力搅拌，最后加入30mL，0.1mol／L的硼氢化钾，常温下反应4h，最后自然冷却到室温.将所得到的反应物以10000r／min的转速离心分离10min，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤3次离心分离的产物，最后将离心分离后的产物置于60℃干燥箱干燥5h，所得产物为纳米银粉.

1.3 表 征

取少量干燥后的纳米银粉末于全自动X射线粉末衍射仪进行表征（XRD，MSAL－XD2，Cu靶，λ＝15.406nm，工作电压36kV，工作电流20mA，扫描速度5°／min，扫描角度2θ范围10°～90°）.将离心分离的纳米银用无水乙醇稀释，经超声波振荡30min后，将纳米银溶液滴在铜网上，晾干，用JEOL－2010型透射电子显微镜（TEM，加速电压为200kV）观察纳米银粒子的形貌.将所得纳米银取少量分散在蒸馏水中，使其分散成纳米银悬浊液，经超声波分散数十分钟，用Zetasizer－3000HS粒度分析仪进行粒径分布分析.

2 结果与讨论

2.1 银纳米粒子扫描电子显微镜表征

图1为制备的纳米银的扫描电子显微镜（SEM）照片，从图1（a）可见，以PVP为分散剂制备的纳米银粒径大小均一，而且呈现出好的单分散性，粒径为150nm左右.通过加入具有表面包裹剂的聚乙烯吡咯烷酮，得到的纳米银粒子具有好的分散性和均一性，这是因为聚乙烯吡咯烷酮的长链分子伸向四周，将纳米银表面包围，降低纳米银的表面活性，利用空间位阻效应限制纳米银粒子的聚集，阻止纳米银粒子间的相互吸附作用.以CTAB为分散剂得到的纳米银的形貌如图1（b）所示，从图1（b）可见，纳米银的粒径大小均一，且呈现出好的单分散性，粉体颗粒的形状为多面体.

图1 纳米银粉的微观形貌（a）以PVP为表面活性剂；（b）以CTAB为表面活性剂Fig.1 Micro－morphology of nano silver powder（a）PVP surfactant；（b）CTAB surfactant

2.2 多面体纳米银XRD表征分析

图2 所示为以CTAB为分散剂所制备的纳米银粉的X射线衍射谱.从图2可见，采用硼氢化钾还原制备的纳米银粉在衍射角（2θ）为38°，44°，64°，77°和81°处显示出衍射强峰，这些衍射峰分别归属 于 金 属 银 的 （fcc）的 （111），（200），（220），（311）和（222）的晶面衍射，均为为银的衍射峰，没有其他氧化物的衍射峰出现，因此，可以确定所得产物为银.

图2 X射线衍射（XRD）检测Fig.2 X－ray spectrum for nano－silver powder

2.3 多面体纳米银粒径分布与纯度分析

图3 为纳米银粒子的粒径分布及能谱分析，从图3（a）可以看出，以硼氢化钾做还原剂，以CTAB为分散剂，制备的纳米银粒径呈正态分布，粒度分布较窄，大部分粒子的粒径在150～250nm，平均粒径200nm.从图3（b）可见，样品中除Ag元素外，无其他杂质元素.

图3 （a）多面体纳米银粉的粒径分布；（b）能谱分析Fig.3 （a）Particle size distribution of nano－silver；（b）EDS of nano－silver

3 结 论

（1）采用液相化学还原法，以硼氢化钾为还原剂，以CTAB为形貌诱导剂，经加热搅拌、高速离心分离和真空干燥后制备出粒度分布窄、形状规则的多面体纳米银粉.

（2）所制备的多面体纳米银粉的XRD谱表明，多面体纳米银粉均为银的衍射峰，没有其他氧化物衍射峰出现，因此，可以确定所得产物为银.

（3）多面体纳米银粉粒度分布为150～250nm，平均粒径为200nm，分散性好，属面心立方晶系纯相纳米银，呈规则多面体.

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