2020年 第15期 广 东 化 工 第47卷 总第425期 www.gdchem · 9 ·
纳米银的制备及其光学特性研究
吴正森，余文杰，武宁清，刘静，周建华*，苗蕾
(广西信息材料重点实验室，桂林电子科技大学材料科学与工程学院，广西 桂林 541004)
[摘 要]纳米银材料具有独特的局域表面等离子体共振效应，而且其性能可以由形貌、组分和微观尺寸来调控。为了探究多元醇法反应参数对纳米银光学性能的影响，通过改变聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与AgNO 3的摩尔比、反应温度以及还原剂来制备不同形貌和尺寸的纳米银。结果表明，反应温度较低或还原剂的还原性较弱时，有助于获得形貌可控的类球形纳米银颗粒，对应的吸收峰较窄。在PVP/AgNO 3摩尔比为3︰1，反应温度150 ℃，乙二醇为还原剂和溶剂时，纳米银的吸收范围可拓展到近红外区，在太阳能光热转换、光热等领域有着潜在的应用前景。 [关键词]纳米银；多元醇法；等离子体共振吸收
文摘卡[中图分类号]TB31 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2020)15-0009-02
Preparation and Optical Properties of Nano-silver
Wu Zhengsen, Yu Wenjie, Wu Ningqing, Liu Jing, Zhou Jianhua *, Miao Lei
(Guangxi Key Laboratory of Information Material, School of Material Science and Engineering, Guilin University of Electronic Technology,
Guilin 541004, China)
Abstract: Nano-silver materials have unique localized surface plasmon resonance effect, and their properties can be controlled by morphology, composition and microscopic size. In order to investigate the influence of reaction parameters of polyol method on the optical properties of nano-silver, different morphologies and sizes of nano-silver were prepared by changing the molar ratio of PVP to AgNO 3, reaction temperature and reducing agents. When the reaction temperature and reducing ability are low, it is helpful to obtain spherical silver particles with controllable morphology and narrow absorption peak. When the PVP/AgNO 3 molar ratio is 3︰1, reaction temperature of 150 ℃, ethylene glycol as reducing agent and solvent, the absorption range of nano-silver can be extended to near infrared region, which has potential application prospects in solar photothermal conversion and photothermal therapy.紫花针茅
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Keywords: Nano-silver ；Polyol method ；Plasmon resonance absorption
纳米银具有优良的导电、导热、光学性能以及催化活性，并且在抗菌性能和生物相容性方面表现十分出，因而被广泛应用于纳米电子器件、光学材料、新型生物医药复合材料以及高效催化剂等领域[1]。更为重要的是，纳米银材料具有独特的局域表面等离子体共振效应[2]，使银纳米粒子在生物传感器、基因标签、表面增强拉曼光谱、红外热疗、生物标记等方面展现出巨大的应用前景。
贵金属纳米粒子的性质受它们的成分、形貌、尺寸以及结晶度等因素影响很大[3]，因此，合成形貌可控的纳米材料至关重要。银在光学频率范围内显示出高等离子体共振响应和低等离子体损耗。制备纳米银的常用方法有电化学法、模板法、水热合成法、化学还原法、多元醇法等。目前，多元醇法在合成形貌可控的贵金属纳米材料方面是行之有效的[4]。多元醇法是指在一定温度条件下，在多羟基醇(常用的多元醇是乙二醇、聚乙二醇等)溶液中将金属离子还原出来，利用表面活性剂(如聚乙烯吡咯烷酮)进行诱导生长。通过多元醇法已经成功地制备出各种形貌不同、尺寸均一的纳米银材料[5]，包括银纳米线、纳米方块、纳米球体、纳米三角、双锥体等。这种方法可控性好，原理简单，应用广泛，大大丰富了纳米材料的化学合成领域。本文基于多元醇法制备纳米银颗粒，使用乙二醇作为溶剂和还原剂，使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)作为诱导剂，探究不同参数下纳米银的合成和演化规律，并研究了纳米银的光学特性。
1 实验
量取20 mL 乙二醇，放入三口烧瓶，放置于硅油浴加热到指定温度，同时磁力搅拌。将10 mL 浓度为0.1 mol/L 的AgNO 3乙二醇溶液加入到上述预热的乙二醇溶液中，紧接着缓慢滴入PVP K30的乙二醇溶液，5 min 内滴完。实验从刚开始加入PVP 起计时，反应90 min 后停止，自然冷却。
任一农实验过程中5 min 、20 min 、40 min 、60 min 、80 min 分别取样，用于紫外-可见光消光光谱检测。
冷却至室温后，把产物移入离心管加入无水乙醇洗涤，放入高速离心机以8000 rpm 转速离心分离10 min ，去除吸附在表面的PVP ，离心分离4~5次。
单向器
2 结果与讨论
由于120 ℃时乙二醇的还原性较弱，反应较慢，需要较长时间才能将硝酸银还原。当乙二醇预热温度达到180 ℃时，硝酸银cao20
溶液就立即被乙二醇还原出来，溶液变浑浊。因此温度影响反应进行的速率，温度越高，乙二醇还原性越强，反应进行得越快。
图1是不同反应温度对应样品的XRD 图谱。图中都存在清晰的衍射峰，与银的标准图谱(JCPDS04-0783)相符合，分别对应着面心立方结构银的(111)、(200)、(220)和(311)晶面。纳米银样品的XRD 图谱中没有其它杂质峰的存在，说明样品纯度高。图中的三个样品的(111)晶面衍射峰最为明显，分别位于38.46°、38.35°和38.33°，并且(111)面与(200)面衍射强度比值分别为：3.62、4.51、3.87，均高于理论值2.5，说明三个样品均富含(111)晶面结构，可能是因为表面活性剂PVP 对银晶面的选择性吸附作用，使(111)面生长迅速。 图1 反应温度为120 ℃、150 ℃、180 ℃对应产物的XRD 图谱 Fig.1 XRD patterns of corresponding products at 120 ℃, 150 ℃
and 180 ℃
图2是不同反应温度对应样品的SEM 图。反应温度为120 ℃时，样品多为形状无规则、尺寸大小差异较大的类球形颗粒，除了多数粒子呈不规则球体外，还存在少量的棒状纳米银；反应温度为150 ℃时，样品形状和大小差距较小，形貌也多是不规则球形，棒状颗粒较少；当反应温度上升到180 ℃时，样品变为纳米线为主，长达数微米，但还有不少粒径大小不一的类球形颗粒。
[收稿日期] 2020-06-19
[基金项目] 广西科技基地和人才专项(AD18281057，AD19110072，AD19245177)，广西大学生创新创业训练区级项目(201910595067) [作者简介] 吴正森(1998-)，男，江西赣州人，硕士研究生，主要研究方向为太阳能应用。
*为通讯作者：周建华(1982-)，男，湖北宜昌人，博士，副教授，研究方向为太阳能利用新材料。
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