一种还原法制备银纳米颗粒

任芝 许令艳 安辉 温馨 李松涛

摘 要：银纳米颗粒具有重要的等离激元特性，本文通过还原法制备得到Ag NPs，通过扫描电镜和原子力显微镜对制备得到的Ag NPs进行形貌观测，实验结果表明此方法制备的Ag NPs粒径在100-500 nm，呈现六角状，高度为100 nm。

关键词：等离激元;银纳米颗粒;制备

局域表面等离激元（Local Localized Surface Plasmon Resonance， LSPR）是一种非传播型的电子振荡模式。这种电子振荡模式，其过程受限在金属纳米结构的尺寸范围内，能够直接被自由空间中的光波的电场激发，因此具有丰富的光物理学特性。

图1是在入射光波的作用下，金属纳米球中自由电子的集体振荡的示意图[1]。图1中，左边的粉色球状物体是金属纳米球，在外界光波的激发的作用下，其内部的电子发生振荡;蓝色正弦曲线和红色曲线分别代表某一时刻行进的光波（电磁波）的电场分布和磁场分布;在光波的电场的作用下，金属纳米球内部的电子重新分配。在没有外加光波电场时，金属纳米球内部的电荷处于相对平衡的状态;当存在外加光波电场时，金属纳米球内部因外加电场的作用，存在极化电场，该极化电场对离开平衡态的自由电子施加一个回复力，因此自由电子在回复力作用下在平衡态附近来回振荡。若入射光波的频率与自由电子的振荡频率相等，则两者产生共振，金属纳米球内部的电子的集体振荡的振幅达到最大，通常被称为局域表面等离激元共振，这种共振产生的特征效应主要表现为对入射光波的选择性吸收、对入射光波的散射增强和金属纳米球周围局域场的增强。

局域表面等离激元对金属纳米结构的尺寸大小、形貌、金属的种类以及外界环境介质的折射率均具有很强的依赖性[2]，这些特性使得局域表面等离激元共振光谱具有更宽的调谐范圍，产生了丰富的光物理学过程，并在SERS、SEF、太阳能电池及非线性光学等方面有着重要的应用[3-10]。

基于金属纳米颗粒的局域表面等离激元的重要研究价值，本文介绍了一种制备银纳米颗粒的方法，通过还原法制备Ag NPs，具有方法简单，对设备要求度低等优点。

一、银纳米颗粒的制备流程

（一）用电子天平称量AgNO3粉末1.540g，并放入烧瓶中;用量杯量出40ml甲苯（toluene），倒入烧瓶中，混合溶液在在超声清洗槽中振荡30分钟后，采用磁力搅拌器进行搅拌，搅拌时间约2小时，尽量让AgNO3粉末溶解在甲苯溶液中。

（二）称取癸酸（decanoic acid）2.850g，用滴管抽取癸酸液体，并滴入步骤1中AgNO3甲苯溶液中，继续磁力搅拌半小时以上。

（三）滴管抽取正丁胺（n-butylamine）加入滴定管中，量取1.67ml，淡黄色的溶液逐渐变成乳白色。

（四）滴管抽取水合肼（aqueous hydrazine）加入滴定管中，量取25ml，继续使用滴定管滴加到烧瓶中，滴定速率为每秒钟2滴，此过程中会有大量气体的产生，随后继续磁力搅拌3小时，溶液颜色为棕黑色。

（五）除去磁力搅拌装置，在烧瓶中倒入50ml甲醇，将产生大量气泡，然后再倒入50ml丙酮，超声振荡30分钟，静置沉淀20分钟，倒出上清液;再次使用甲醇和丙酮进行萃取，将反应产物剩下的液体倒入梨型分液漏斗，静置。

（六）使用梨型分液漏斗将反应产物注入离心管中，随后将离心管放入离心机，离心速度8000，时间15min。离心沉淀出Ag纳米颗粒。

（七）将离心管中的上清液倒出，剩余反应产物在真空腔中抽真空，抽走剩余溶剂。得到干燥的深灰色Ag纳米颗粒。

二、实验结果

将制备得到的Ag NPS溶于甲苯溶液，然后滴在20×20 mm2大小的ITO玻璃上，然后将附着有Ag NPS的ITO玻璃放入真空退火炉中，150 ℃退火10分钟，去除表面附着的有机物，然后在扫描电子显微镜（SEM，Hitachi S-4800）下进行观察，得到图2的AgNPs的SEM照片，图2中亮点的区域是Ag NPs，图2（a）和（b）的标尺分别为20 μm和2μm。。根据SEM照片，制备的Ag NPS具有一定的粒径分布范围，大约在100-500 nm，并呈现六角状，与文献报道相一致。一般来讲，金属纳米颗粒的粒径分布范围大，得到的金属纳米颗粒的等离激元光谱会有展宽的特征，而宽的等离激元光谱能够同时覆盖多个有机半导体的吸收带，从而在微腔激光的制备过程中，有利于有机半导体作为增益介质的荧光发射特性。

为了进一步得到Ag NPs的特征，将附着有Ag NPS的ITO玻璃置于原子力显微镜（AFM，Wltec， Alpha 300）上做检测，扫描照片如图3所示。图3中黄色的点状物是Ag NPs，右侧标尺为0-100 nm，得到的Ag NPs的高度信息，约为100 nm。

三、结论

本文通过还原法制备得到Ag NPs，通过扫描电镜和原子力显微镜对制备得到的Ag NPs进行形貌观测，实验结果表明此方法制备的Ag NPs粒径在100-500 nm，呈现六角状，高度为100 nm。Ag NPs粒径具有一定范围的分布，有利实现等离激元光谱和有机半导体的吸收带的匹配。此制备方法具有简单易行的优点，对于丰富金属纳米颗粒等离激元的研究具有重要意义。

参考文献：

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