專利名稱：一種制備銀納米線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬無機納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及高長徑比、直徑均一銀納米線的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，一維納米結(jié)構(gòu)(納米線、棒、帶、管)由于在介觀物理和制備納米器件所具有的奇特的應(yīng)用而被廣泛研究。一維納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的由于維度和量子尺寸效應(yīng)所導(dǎo)致的電子、熱傳導(dǎo)和機械性能已經(jīng)被普遍接受。同時被認為是制備電子、光電子、電化學(xué)和機電納米器件的連接劑和功能單元。與量子點和量子阱對照，直到最近之前，一維結(jié)構(gòu)進展比較緩慢，主要是由于在合成制備好的尺寸控制、形貌、純度上存在一定難度。
目前合成一維納米材料方法較多，主要有以下方法模板合成法T.Gao，G.W.Meng，J.Zhang，et al.Appl.Phys.A，2001，73，251.、氣相合成法Y.Zhang，N.Wang，S.Gao，et al.Chem.Mater.，2002，12，679、溶膠-凝膠法Lei Y，Zhang L D，J.Mater.Res.，2001，16，1138、熱解法Y.Wu，P.Yang，J.Am.Chem.Soc.，2001，123，3165等。每一種方法各有優(yōu)缺點，關(guān)鍵是在保證產(chǎn)率的情況下，能夠用較低的成本合成出結(jié)構(gòu)性能較好的產(chǎn)品。金屬納米線(銀納米線等)因其在催化、電子、光學(xué)器件和傳感器上的潛在應(yīng)用而成為近幾年來納米材料研究的熱點課題。Xia等Yugang Sun，Yadong Yin，Younan Xia，et al.Chem.Mater.2002，14，4736曾報道了在含有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)并引入晶種的情況下，用乙二醇在160℃還原硝酸銀的方法合成了銀納米線。但該方法具有制備過程比較復(fù)雜、反應(yīng)溫度和成本相對較高等缺點。因此尋找一種簡單、低成本制備納米線的方法，對化學(xué)工作者來說將是一個重要而且具有挑戰(zhàn)性的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)制備銀納米線存在反應(yīng)溫度高或制備過程復(fù)雜或成本高的技術(shù)問題，從而提出一種可以合成高長徑比、直徑均一銀納米線的操作簡便，成本低的制備方法。
本發(fā)明主要是通過下述技術(shù)方案解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題以陽離子Gemini表面活性劑16-s-16(s＝3，4，6，8，10)作為模板劑，運用水熱合成方法，成功地制備出直徑為30nm左右，長度達50um左右的銀納米線結(jié)構(gòu)。實驗表明反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度對產(chǎn)物的形貌有較大影響。本發(fā)明涉及的技術(shù)方案主要包括以下步驟
(1)在攪拌情況下，將六次甲基四胺溶液按與硝酸銀的摩爾比1∶1～4∶1的比例加入到硝酸銀溶液中；(2)將與硝酸銀的摩爾比為0.2∶1～0.8∶1的季銨鹽型陽離子Gemini表面活性劑16-s-16(s＝3，4，6，8，10)溶于水中，(3)在攪拌情況下，將步驟(2)制備的季銨鹽型陽離子Gemini表面活性劑16-s-16(s＝3，4，6，8，10)溶液緩慢滴加到步驟(1)制備的溶液中，(4)將步驟(3)得到的混合反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到自壓反應(yīng)釜中，在100～150℃下反應(yīng)，反應(yīng)時間控制在2～24小時，(5)將步驟(4)得到反應(yīng)液分離、洗滌、干燥，得到目標(biāo)物。
作為優(yōu)選，六次甲基四胺溶液按與硝酸銀的摩爾比為2∶1。實驗發(fā)現(xiàn)，六次甲基四胺加入量對生成銀納米線的影響不是很顯著，綜合考慮制備產(chǎn)品質(zhì)量與合成成本兩方面因素，我們選擇2∶1為六次甲基四胺與硝酸銀的最佳摩爾比。
作為優(yōu)選，季銨鹽型陽離子Gemini表面活性劑16-s-16(s＝3，4，6，8，10)與硝酸銀的摩爾比為0.4∶1～0.5∶1。在此比例內(nèi)，溶液中的Ag+的濃度較低(由于體系加入Ag+和16-s-16離解Br-反應(yīng)生成了AgBr)。反應(yīng)過程中Ag+主要來源于AgBr的離解，這樣就可以有效控制體系中Ag+的含量，有利于銀納米線的生成，AgBr起到緩慢釋放的作用。如果比例過小，溶液中Ag+的濃度較大，生成銀納米線較少；如果比例過大，由于Br-的大量存在而導(dǎo)致反應(yīng)體系中Ag+濃度降低，反應(yīng)速度較慢，且造成制備成本提高。
作為優(yōu)選，反應(yīng)溫度為105～120℃。反應(yīng)溫度過低，反應(yīng)不能進行，溫度過高，還原反應(yīng)進行過快，不利于生成線狀結(jié)構(gòu)的銀。
作為優(yōu)選，反應(yīng)時間為12～24小時，更優(yōu)選的反應(yīng)時間為18小時。反應(yīng)時間過短，少于8小時，反應(yīng)沒有進行完全，得到的銀納米線的長徑比也較小；反應(yīng)在12～16小時時仍繼續(xù)進行，銀納米線也繼續(xù)生長；反應(yīng)18～24小時時進行完全，合成的銀納米線的長度變化不大，長徑比可以達到1500左右。
本發(fā)明采用簡單的水熱合成方法，在較低的反應(yīng)溫度下合成；反應(yīng)在水相條件下進行，不需要引入其它有機溶劑；制備的銀納米線具有面心立方結(jié)構(gòu)，而且產(chǎn)率較高。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步具體的詳細說明圖1是實施例1制備的銀納米線TEM圖，圖中顯示生成的銀納米線很少，長徑比較??；圖2是實施例2制備的銀納米線TEM圖，圖中顯示生成了高長徑比的銀納米線；
圖3是實施例2制備的銀納米線的XRD圖譜，圖中顯示產(chǎn)物純度較高，不含其它物質(zhì)，且具有面心立方結(jié)構(gòu)；圖4是實施例3制備的銀納米線TEM圖，圖中顯示生成了高長徑比的銀納米線；圖5是實施例4制備的銀納米線TEM圖，圖中顯示生成的銀納米線的長徑比較最佳溫度時要??；圖6是實施例5制備的銀納米線TEM圖，圖中顯示生成的銀納米線的長徑比較最佳溫度時要小。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發(fā)明做進一步闡述，實施例為理解本發(fā)明而非限制權(quán)利范圍。
本發(fā)明所涉及的TEM，XRD圖是在下述條件下獲得TEM測試在日本JEOL公司JEM-100CX II型電子顯微鏡上進行，加速電壓為100kV。XRD測試在日本理學(xué)公司D/Max2550型X射線粉末衍射儀上進行，管電壓40kV，管電流200mA，CuKα，掃描區(qū)間為20°～80°。
本發(fā)明所用的Gemini表面活性劑通過下述方法獲得表面活性劑16-s-16(s＝3，4，6，8，10)為本實驗室自制，合成方法見文獻陳啟斌，韋園紅，施云海，劉洪來，胡英，華東理工大學(xué)學(xué)報，2003，29，33，在1，s-二溴s烷(s＝3，4，6，8，10)，的乙醇溶液中加入過量5％～10％(摩爾數(shù))的N，N-二甲基十六烷基胺回流48h。產(chǎn)物用乙醇-乙酸乙酯混合溶劑重結(jié)晶3～4次，得到表面活性劑16-s-16(s＝3，4，6，8，10)。用Brucker-Avance-500型核磁共振儀1H核磁共振證實為目標(biāo)產(chǎn)物。
其它試劑皆有市售。
實施例1在攪拌情況下，將六次甲基四胺按與硝酸銀的摩爾比為1∶1的比例加入到硝酸銀溶液中，將Gemini表面活性劑16-3-16按與硝酸銀的摩爾比為0.2的比例溶于水中。在攪拌情況下，將16-3-16溶液緩慢滴加到上述制備的硝酸銀和六次甲基四胺溶液中，再將得到的反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到自壓反應(yīng)釜中，在100℃下反應(yīng)2小時。冷卻后，分離得到銀納米線。通過實施例1實驗發(fā)現(xiàn)反應(yīng)時間較短時，得到的銀納米線的量較少，線的長徑比也較小。如圖1。
實施例2在攪拌情況下，將六次甲基四胺按與硝酸銀的摩爾比2∶1的比例加入到硝酸銀溶液中，將Gemini表面活性劑16-4-16按與硝酸銀的摩爾比為0.5的比例溶于水中。在攪拌情況下，將16-4-16溶液緩慢滴加到上述制備的硝酸銀和六次甲基四胺溶液中，再將得到的反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到自壓反應(yīng)釜中，在105℃下反應(yīng)18小時。冷卻后，分離得到銀納米線。如圖2和3。從圖3可知，制備的銀納米線具有面心立方結(jié)構(gòu)。
實施例3在攪拌情況下，將六次甲基四胺按與硝酸銀的摩爾比4∶1的比例加入到硝酸銀溶液中，將Gemini表面活性劑16-6-16按與硝酸銀的摩爾比為0.4的比例溶于水中。在攪拌情況下，將Gemini表面活性劑16-6-16溶液緩慢滴加到上述制備的硝酸銀和六次甲基四胺溶液中，再將得到的反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到自壓反應(yīng)釜中，在120℃下反應(yīng)24小時。冷卻后，分離得到銀納米線。如圖4。
實施例4在攪拌情況下，將六次甲基四胺按與硝酸銀的摩爾比3∶1的比例加入到硝酸銀溶液中，將Gemini表面活性劑16-8-16按與硝酸銀的摩爾比為0.6的比例溶于水中。在攪拌情況下，將Gemini表面活性劑16-8-16溶液緩慢滴加到上述制備的硝酸銀和六次甲基四胺溶液中，再將得到的反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到的自壓反應(yīng)釜中，在135℃下反應(yīng)12小時。冷卻后，分離得到銀納米線。如圖5。
實施例5在攪拌情況下，將六次甲基四胺按與硝酸銀的摩爾比2∶1的比例加入到硝酸銀溶液中，將Gemini表面活性劑16-10-16按與硝酸銀的摩爾比為0.8的比例溶于水中。在攪拌情況下，將16-10-16溶液緩慢滴加到上述制備的硝酸銀和六次甲基四胺溶液中，再將得到的反應(yīng)液轉(zhuǎn)移到自壓反應(yīng)釜中，在150℃下反應(yīng)8小時。冷卻后，分離得到銀納米線。如圖6。
權(quán)利要求
1.一種制備高長徑比、直徑均一銀納米線的方法，包括以下步驟(1)在攪拌情況下，將六次甲基四胺溶液按與硝酸銀的摩爾比1∶1～4∶1的比例加入到硝酸銀溶液中；(2)將與硝酸銀的摩爾比為0.2∶1～0.8∶1的季銨鹽型陽離子Gemini表面活性劑16-s-16溶于水中，其中s＝3，4，6，8，10；(3)在攪拌情況下，將步驟(2)制備的Gemini表面活性劑緩慢滴加到步驟(1)溶液中；(4)將步驟(3)得到的混合液轉(zhuǎn)移到自壓反應(yīng)釜中，在100～150℃下反應(yīng)，反應(yīng)時間控制在2～24小時；(5)將步驟4得到反應(yīng)液分離、洗滌、干燥，得到目標(biāo)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀納米線制備方法，其特征在于六次甲基四胺溶液按與硝酸銀的摩爾比為2∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀納米線制備方法，其特征在于季銨鹽型陽離子Gemini表面活性劑16-s-16(s＝3，4，6，8，10)與硝酸銀的摩爾比為0.4∶1～0.5∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀納米線制備方法，其特征在于反應(yīng)溫度為105～120℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銀納米線制備方法，其特征在于反應(yīng)時間為12～24小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的銀納米線制備方法，其特征在于反應(yīng)時間為18小時。
全文摘要
本發(fā)明屬無機金屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及通過液相反應(yīng)合成銀納米線的方法。主要包括以季銨鹽型陽離子Gemini表面活性劑為模板劑，以六次甲基四胺為還原劑，通過水熱合成方法制備了高長徑比、直徑均一的銀納米線。本方法制備的銀納米線具有成本低、結(jié)晶性好、產(chǎn)率高等特點。
文檔編號B82B3/00GK1709791SQ200510027519
公開日2005年12月21日 申請日期2005年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者劉洪來, 徐建, 胡軍, 周麗繪, 韓霞 申請人:華東理工大學(xué)