本發(fā)明涉及納米材料領(lǐng)域,具體而言,涉及一種Cu-Ag雙金屬納米材料、其制備方法及應(yīng)用。
背景技術(shù):
雙金屬納米材料是由兩種不同種類的相容性材料用物理、化學(xué)方法合成的具有多相結(jié)構(gòu)的雙金屬?gòu)?fù)合材料。經(jīng)過長(zhǎng)期的研究,人們已經(jīng)合成出核殼、空心、多面體、皇冠-明珠等結(jié)構(gòu)的雙金屬納米材料,與單金屬納米材料相比,雙金屬納米材料具有尺寸小、比表面積大的特點(diǎn),表現(xiàn)出獨(dú)特的物理與化學(xué)性質(zhì),具有優(yōu)良的光電及生化性能,如具有皇冠-明珠結(jié)構(gòu)的Au-Pd納米材料的催化活性比Au、Pd單金屬納米材料和Au-Pd合金納米材料的催化活性要高得多,可以預(yù)見的是,雙金屬納米材料在生物醫(yī)學(xué)、催化材料以及光電等領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。
Cu-Ag雙金屬納米材料具有Cu納米材料和Ag納米材料的優(yōu)點(diǎn),又克服了Cu納米材料易氧化的缺陷,具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值,因此有許多學(xué)者對(duì)Cu-Ag雙金屬納米材料進(jìn)行了研究,如授權(quán)公告號(hào)為CN10044857C的發(fā)明專利“一種制備納米銅銀雙金屬?gòu)?fù)合粉的方法”,其公開了一種鏈狀結(jié)構(gòu)的銅銀雙金屬粉的制備方法。但該方法較為復(fù)雜,制備得到的銅銀雙金屬粉的粒徑較大(粒徑為30-100nm)。又如申請(qǐng)公布號(hào)為CN105562702A的發(fā)明專利“銅銀合金納米功能材料及其制備方法和應(yīng)用”,其公開了一種球形結(jié)構(gòu)的銅銀納米材料、其制備方法及其在抗菌方面的應(yīng)用。但該方法制備得到的銅銀納米材料的粒徑也較大(粒徑為40-60nm),且制備過程需要的時(shí)間較長(zhǎng)。
因此,需要一種制備方法簡(jiǎn)單,耗時(shí)較短,能夠制備得到粒徑小,分散性好的Cu-Ag納米材料的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供了一種Cu-Ag雙金屬納米材料的制備方法,該方法操作簡(jiǎn)便,反應(yīng)時(shí)間短且反應(yīng)過程易控制,制得的產(chǎn)物粒徑小,分散性好。
本發(fā)明還提供了一種Cu-Ag雙金屬納米材料,其是由上述制備方法制備得到。
本發(fā)明還提供了上述Cu-Ag雙金屬納米材料在抗菌劑方面的應(yīng)用。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種Cu-Ag雙金屬納米材料的制備方法,其包括以下步驟:
準(zhǔn)備5-20mmol/L的硝酸銀的多元醇溶液、40-100mmol/L的聚乙烯吡咯烷酮的多元醇溶液以及5-20mmol/L的醋酸銅的多元醇溶液;
將硝酸銀的多元醇溶液和聚乙烯吡咯烷酮的多元醇溶液按體積比1:1-1.2混合并攪拌均勻,得到第一溶液,將第一溶液進(jìn)行微波加熱處理,得到Ag納米溶膠;
將醋酸銅的正庚醇溶液與Ag納米溶膠按體積比1:1-1.2混合并攪拌均勻,得到第二溶液,將第二溶液進(jìn)行微波加熱處理,得到Cu-Ag納米溶膠懸濁液;
將Cu-Ag納米溶膠懸濁液離心清洗,去除上清液得到Cu-Ag雙金屬納米材料。
進(jìn)一步的,多元醇包括乙二醇、丙三醇、正庚醇中的一種。
進(jìn)一步的,將第一溶液進(jìn)行微波加熱處理時(shí),微波功率為520-650W,處理時(shí)間為90-120s。
進(jìn)一步的,第二溶液中的Cu與Ag的摩爾比為4:1-1:4。
進(jìn)一步的,將第二溶液進(jìn)行微波加熱處理時(shí),微波功率為500-650W,處理時(shí)間為90-180s。
進(jìn)一步的,離心清洗的方法是:將Cu-Ag納米溶膠懸濁液先使用乙醇和丙酮按體積比1:1混合得到的清洗液離心清洗2-3次,隨后使用去離子水離心清洗2-3次。
進(jìn)一步的,離心清洗的離心轉(zhuǎn)速為12000-15000rpm,離心清洗時(shí)間為15-20min。
本發(fā)明還提供了一種Cu-Ag雙金屬納米材料,其采用上述Cu-Ag雙金屬納米材料的制備方法制備得到。
進(jìn)一步的,Cu-Ag雙金屬納米材料為多面體結(jié)構(gòu),且其粒徑為10-30nm。
本發(fā)明還公開了上述Cu-Ag雙金屬納米材料作為抗菌劑使用的應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種Cu-Ag雙金屬納米材料的制備方法,該方法采用微波加熱醇還原法,以聚乙烯吡咯烷酮為分散穩(wěn)定劑,多元醇為還原劑,先后將銀離子和銅離子進(jìn)行還原制備得到Cu-Ag雙金屬納米材料,該方法具有原料廉價(jià)易得,設(shè)備工藝簡(jiǎn)單,反應(yīng)時(shí)間短,反應(yīng)可控性強(qiáng),產(chǎn)率高,節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。使用該方法制備的Cu-Ag雙金屬納米材料呈現(xiàn)出各種多面體結(jié)構(gòu),粒徑小且分布均勻,分散性好。該Cu-Ag雙金屬納米材料表現(xiàn)出對(duì)大腸桿菌較強(qiáng)的抑制生長(zhǎng)作用,具有抗菌劑方面的應(yīng)用前景。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹,應(yīng)當(dāng)理解,以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例,因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的Cu-Ag雙金屬納米材料的TEM電鏡照片;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的Cu-Ag雙金屬納米材料的能譜圖;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的Cu-Ag雙金屬納米材料的XRD圖;
圖4為圖3中選區(qū)的電子衍射圖;
圖5為實(shí)施例1至實(shí)施例4制備得到的Cu-Ag雙金屬納米材料對(duì)大腸桿菌的抑菌環(huán)圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者,按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者,均為可以通過市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的Cu-Ag雙金屬納米材料的制備方法及使用該方法制備得到的Cu-Ag雙金屬納米材料進(jìn)行具體說明。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種Cu-Ag雙金屬納米材料的制備方法,包括以下步驟:
準(zhǔn)備5-20mmol/L的硝酸銀的多元醇溶液、40-100mmol/L的聚乙烯吡咯烷酮的多元醇溶液以及5-20mmol/L的醋酸銅的多元醇溶液;其中多元醇包括乙二醇、丙三醇、正庚醇中的一種。
將硝酸銀的多元醇溶液和聚乙烯吡咯烷酮的多元醇溶液按體積比1:1-1.2混合并攪拌溶解,得到第一溶液,將第一溶液進(jìn)行微波加熱處理,得到Ag納米溶膠,微波功率為520-650W,處理時(shí)間為90-120s;
將醋酸銅的正庚醇溶液與Ag納米溶膠按體積比1:1-1.2混合并攪拌溶解,得到第二溶液,第二溶液中的Cu與Ag的摩爾比為4:1-1:4;將第二溶液進(jìn)行微波加熱處理,微波功率為500-650W,處理時(shí)間為90-180s,得到Cu-Ag納米溶膠懸濁液;
將Cu-Ag納米溶膠懸濁液離心清洗,去除上清液得到Cu-Ag雙金屬納米材料。離心清洗的方法是:將Cu-Ag納米溶膠懸濁液先使用乙醇和丙酮按體積比1:1混合得到的清洗液離心清洗2-3次,隨后使用去離子水離心清洗2-3次;離心清洗的離心轉(zhuǎn)速為12000-15000rpm,離心清洗時(shí)間為15-20min。
本實(shí)施例提供的Cu-Ag雙金屬納米材料的制備方法,是將前驅(qū)體硝酸銀和前驅(qū)體醋酸銅分別溶解于多元醇溶液中,,隨后使用合適濃度的聚乙烯吡咯烷酮的多元醇溶液與前驅(qū)體硝酸銀的多元醇溶液混合,并在微波加熱下還原得到分散均勻的Ag納米溶膠溶液,隨后將該Ag納米溶膠溶液與前驅(qū)體醋酸銅的多元醇溶液混合,并在微波加熱下還原反應(yīng),得到粒徑小且粒徑分布均勻的Cu-Ag雙金屬納米粒子。該制備方法利用微波加熱,使被加熱體內(nèi)部的偶極分子高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而內(nèi)部產(chǎn)生熱量而使被加熱物料溫度升高,不需要借助介質(zhì)的熱傳導(dǎo)過程,就能使物料內(nèi)外部同時(shí)加熱、同時(shí)升溫,加熱速度快且加熱均勻,并得到合適粒徑的Cu-Ag雙金屬納米粒子,且消耗的能耗只有傳統(tǒng)加熱方式的1/20-1/30,該Cu-Ag雙金屬納米材料的制備方法具有原料廉價(jià)易得,設(shè)備工藝簡(jiǎn)單,反應(yīng)時(shí)間短,反應(yīng)的可控性強(qiáng),產(chǎn)品產(chǎn)率高,節(jié)能環(huán)保等眾多優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明實(shí)施例還公開了一種采用上述制備方法制備得到的Cu-Ag雙金屬納米材料,該Cu-Ag雙金屬納米材料粒徑為10-30nm,且其結(jié)構(gòu)呈多面體形狀。
本發(fā)明還公開了上述Cu-Ag雙金屬納米材料在抗菌劑方面的應(yīng)用。
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
本發(fā)明的實(shí)施例1提供了一種Cu-Ag雙金屬納米材料,其制備方法如下:
S101、準(zhǔn)備10mmol/L的硝酸銀的正庚醇溶液、60mmol/L聚乙烯吡咯烷酮的正庚醇溶液、20mmol/L醋酸銅的正庚醇溶液;
S102、將該硝酸銀的正庚醇溶液與聚乙烯吡咯烷酮的正庚醇溶液按體積比1:1.2混合均勻,磁力攪拌120s至完全溶解,得到第一溶液,將第一溶液轉(zhuǎn)移到放置于微波化學(xué)反應(yīng)器中的聚乙烯容器罐,調(diào)節(jié)微波功率為550W,加熱110s,冷卻至室溫后得到Ag納米溶膠;
S103、將醋酸銅的正庚醇溶液與Ag納米溶膠按體積比1:1.1混合均勻,磁力攪拌90s至完全溶解,得到第二溶液,第二溶液中Cu與Ag的摩爾比為2:1;將第二溶液轉(zhuǎn)移到放置于微波化學(xué)反應(yīng)器中的聚乙烯容器罐,調(diào)節(jié)微波功率為600W,加熱160s,得到Cu-Ag納米溶膠懸濁液;
S104、將Cu-Ag納米溶膠懸濁液投入高速離心機(jī)內(nèi),使用乙醇和丙酮按體積比1:1混合得到的清洗液離心清洗3次后,使用去離子水離心清洗3次,離心清洗的離心轉(zhuǎn)速為13000rpm,每次離心清洗時(shí)間為17min,隨后倒掉上層清液,去除上清液得到Cu-Ag雙金屬納米材料。
實(shí)施例2
本發(fā)明的實(shí)施例2提供了一種Cu-Ag雙金屬納米材料,其制備方法如下:
S201、準(zhǔn)備10mmol/L的硝酸銀的乙二醇溶液、75mmol/L聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液、10mmol/L醋酸銅的乙二醇溶液;
S202、將該硝酸銀的乙二醇溶液與聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液按體積比1:1混合均勻,磁力攪拌90s至完全溶解,得到第一溶液,將第一溶液轉(zhuǎn)移到放置于微波化學(xué)反應(yīng)器中的聚乙烯容器罐,調(diào)節(jié)微波功率為600W,加熱105s,冷卻至室溫后得到Ag納米溶膠;
S203、將醋酸銅的乙二醇溶液與Ag納米溶膠按體積比1:1.1混合均勻,磁力攪拌100s至完全溶解,得到第二溶液,第二溶液中Cu與Ag的摩爾比為1:1;將第二溶液轉(zhuǎn)移到放置于微波化學(xué)反應(yīng)器中的聚乙烯容器罐,調(diào)節(jié)微波功率為500W,加熱140s,得到Cu-Ag納米溶膠懸濁液;
S204、將Cu-Ag納米溶膠懸濁液投入高速離心機(jī)內(nèi),使用乙醇和丙酮按體積比1:1混合得到的清洗液離心清洗3次后,使用去離子水離心清洗3次,離心清洗時(shí)離心轉(zhuǎn)速為14000rpm,每次離心清洗時(shí)間為16min,隨后倒掉上層清液,去除上清液得到Cu-Ag雙金屬納米材料。
實(shí)施例3
本發(fā)明的實(shí)施例3提供了一種Cu-Ag雙金屬納米材料,其制備方法如下:
S301、準(zhǔn)備5mmol/L的硝酸銀的丙三醇溶液、80mmol/L聚乙烯吡咯烷酮的丙三醇溶液、20mmol/L醋酸銅的丙三醇溶液;
S302、將該硝酸銀的丙三醇溶液與聚乙烯吡咯烷酮的丙三醇溶液按體積比1:1混合均勻,磁力攪拌90s至完全溶解,得到第一溶液,將第一溶液轉(zhuǎn)移到放置于微波化學(xué)反應(yīng)器中的聚乙烯容器罐,調(diào)節(jié)微波功率為650W,加熱115s,冷卻至室溫后得到Ag納米溶膠;
S303、將醋酸銅的丙三醇溶液與Ag納米溶膠按體積比1:1.2混合均勻,磁力攪拌120s至完全溶解,得到第二溶液,第二溶液中Cu與Ag的摩爾比為4:1;將第二溶液轉(zhuǎn)移到放置于微波化學(xué)反應(yīng)器中的聚乙烯容器罐,調(diào)節(jié)微波功率為530W,加熱150s,得到Cu-Ag納米溶膠懸濁液;
S304、將Cu-Ag納米溶膠懸濁液投入高速離心機(jī)內(nèi),使用乙醇和丙酮按體積比1:1混合得到的清洗液離心清洗2次后,使用去離子水離心清洗2次,離心清洗時(shí)離心轉(zhuǎn)速為12000rpm,每次離心清洗時(shí)間為18min,隨后倒掉上層清液,去除上清液得到Cu-Ag雙金屬納米材料。
實(shí)施例4
本發(fā)明的實(shí)施例4提供了一種Cu-Ag雙金屬納米材料,其制備方法如下:
S401、準(zhǔn)備16mmol/L的硝酸銀的正庚醇溶液、90mmol/L聚乙烯吡咯烷酮的正庚醇溶液、8mmol/L醋酸銅的正庚醇溶液;
S402、將該硝酸銀的正庚醇溶液與聚乙烯吡咯烷酮的正庚醇溶液按體積比1:1.2混合均勻,磁力攪拌60s至完全溶解,得到第一溶液,將第一溶液轉(zhuǎn)移到放置于微波化學(xué)反應(yīng)器中的聚乙烯容器罐,調(diào)節(jié)微波功率為580W,加熱100s,冷卻至室溫后得到Ag納米溶膠;
S403、將醋酸銅的正庚醇溶液與Ag納米溶膠按體積比1:1.2混合均勻,磁力攪拌90s至完全溶解,得到第二溶液,第二溶液中Cu與Ag的摩爾比為1:2;將第二溶液轉(zhuǎn)移到放置于微波化學(xué)反應(yīng)器中的聚乙烯容器罐,調(diào)節(jié)微波功率為620W,加熱150s,得到Cu-Ag納米溶膠懸濁液;
S404、將Cu-Ag納米溶膠懸濁液投入高速離心機(jī)內(nèi),使用乙醇和丙酮按體積比1:1混合得到的清洗液離心清洗3次后,使用去離子水離心清洗3次,離心清洗時(shí)離心轉(zhuǎn)速為15000rpm,每次離心清洗時(shí)間為20min,隨后倒掉上層清液,去除上清液得到Cu-Ag雙金屬納米材料。
分別將實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4制備得到的Cu-Ag雙金屬納米材料使用超聲波分散到去離子水中,形成Cu-Ag雙金屬納米溶膠,并對(duì)它們進(jìn)行檢測(cè)。
一、電鏡檢測(cè)。
分別對(duì)上述實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4中的Cu-Ag雙金屬納米材料制備得到的Cu-Ag雙金屬納米溶膠進(jìn)行觀察和電鏡檢測(cè),結(jié)果如下:
實(shí)施例1制備得到的Cu-Ag雙金屬納米溶膠顏色為淡黃褐色,納米顆粒在水中分散均勻,對(duì)該Cu-Ag雙金屬納米溶膠進(jìn)行電鏡檢測(cè),如圖1所示,電鏡照片表明該Cu-Ag雙金屬納米溶膠中納米顆粒大都呈現(xiàn)正三面體形狀、立方體形狀、正六面體形狀等多面體形狀,少數(shù)呈現(xiàn)球狀和棒狀,其粒徑尺寸為10-30nm。
實(shí)施例2制備得到的Cu-Ag雙金屬納米溶膠顏色為淡灰色,納米顆粒在水中分散均勻,電鏡照片表明該Cu-Ag雙金屬納米溶膠中納米顆粒大都呈現(xiàn)正三角形狀,少數(shù)呈現(xiàn)球狀、棒狀,其粒徑尺寸為12-25nm。
實(shí)施例3制備得到的Cu-Ag雙金屬納米溶膠顏色為淡褐色,納米顆粒在水中分散均勻,電鏡照片表明該Cu-Ag雙金屬納米溶膠中納米顆粒大都呈現(xiàn)立方體形狀和正六邊形狀,少數(shù)呈現(xiàn)球狀,其粒徑尺寸為15-30nm。
實(shí)施例4制備得到的Cu-Ag雙金屬納米溶膠顏色為棕黃色,納米顆粒在水中分散均勻,電鏡照片表明該Cu-Ag雙金屬納米溶膠中納米顆粒大都呈現(xiàn)正六邊形狀,少數(shù)呈現(xiàn)球狀、棒狀,其粒徑尺寸為11-24nm。
二、能譜檢測(cè)和XRD檢測(cè)。
對(duì)實(shí)施例1中的Cu-Ag雙金屬納米材料制備得到的Cu-Ag雙金屬納米溶膠進(jìn)行能譜檢測(cè)和XRD檢測(cè),結(jié)果如下:
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的Cu-Ag雙金屬納米溶膠的能譜圖,由圖2可以看出,該Cu-Ag雙金屬納米材料是由Cu、Ag兩種元素組成的合金材料。
圖3為實(shí)施例1中制備的Cu-Ag雙金屬納米溶膠的XRD圖,圖3中可以看到Cu和Ag的特征峰,表明該Cu-Ag雙金屬納米材料由Cu、Ag兩種元素組成。圖4為圖3中選區(qū)的電子衍射圖,由圖4可以看出,該Cu-Ag雙金屬納米材料是由面心立方Cu和面心立方Ag晶體結(jié)合形成。
三、抗菌性能檢測(cè)。
對(duì)上述實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4中的Cu-Ag雙金屬納米材料制備得到的Cu-Ag雙金屬納米溶膠的抗菌性能進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試方法如下:
采用稀釋平板計(jì)數(shù)法測(cè)定大腸桿菌濃度,大腸桿菌的濃度為107-108cfu/mL。在無菌實(shí)驗(yàn)室的超凈工作臺(tái)中,將LB固體培養(yǎng)基加熱熔化后,倒入至培養(yǎng)皿中,使培養(yǎng)基厚度為4-5mm,待培養(yǎng)基凝固后,用移液槍轉(zhuǎn)移200uL大腸桿菌到LB固體培養(yǎng)基上,用滅菌后的三角均勻涂布棒將大腸桿菌均勻涂布在LB固體培養(yǎng)基上。用打孔器從濾紙上打出多個(gè)直徑為6mm的圓形濾紙片,并在138℃/0.25MPa的高壓滅菌器中高壓滅菌,用滅菌后的四張圓形濾紙片分別吸收20uL實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3、實(shí)施例4制備得到的Cu-Ag雙金屬納米溶膠,將吸收有Cu-Ag雙金屬納米溶膠的四張圓形濾紙片放置于大腸桿菌培養(yǎng)基上,37℃恒溫培養(yǎng)24h后,觀察抑菌環(huán)。
如圖5所示,其中圖5中A為實(shí)施例1制備的Cu-Ag雙金屬納米溶膠的抑菌環(huán)圖片,抑菌環(huán)直徑為7.7-7.8mm;圖5中B為實(shí)施例2制備的Cu-Ag雙金屬納米溶膠的抑菌環(huán)圖片,抑菌環(huán)直徑為7.4-7.5mm;圖5中C為實(shí)施例3制備的Cu-Ag雙金屬納米溶膠的抑菌環(huán)圖片,抑菌環(huán)直徑為7.0-7.1mm;圖5中D為實(shí)施例4制備的Cu-Ag雙金屬納米溶膠的抑菌環(huán)圖片,抑菌環(huán)直徑為11.2-11.3mm。由上述抗菌環(huán)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)可見,本發(fā)明制備得到的Cu-Ag雙金屬納米材料對(duì)大腸桿菌具有很好的抑制效果,其具有醫(yī)用抗菌劑的使用前景。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已,并不用于限制本發(fā)明,對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi),所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。