專利名稱：一種大批量制備貴金屬納米線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一禾中大，比量帝j備貴金屬納米線的方法。
背景技術(shù)：
納米結(jié)構(gòu)材料由于其具有特殊的光、電、磁學(xué)性能，已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。由于其性 能的尺寸依賴性以及在現(xiàn)代電子工業(yè)中的潛在應(yīng)用已經(jīng)引起了科學(xué)家們的越來越多的關(guān)注。 一維納米材料如納米線、納米棒、納米管以及納米帶的制備及表征研究已經(jīng)廣泛地開展起來。 貴金屬納米線，如金、銀、鉑的納米線由于具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，有非常好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和 催化性能，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、傳感、化工等多領(lǐng)域，例如用金納米線探測生物熒 光和用于細(xì)胞檢測；用不同長度的銀納米線增強(qiáng)不同頻率的半導(dǎo)體發(fā)光；利用鉑納米結(jié)構(gòu)高 的表面比來提高化學(xué)反應(yīng)的催化效率等等，因而貴金屬納米線的合成和開發(fā)已經(jīng)成為人們研 究的重點(diǎn)，且逐漸進(jìn)入工業(yè)實(shí)用化階段。
目前制備貴金屬納米線的方法有很多，具有代表性的方法有硬模板法，如釆用多孔陽極 氧化鋁模板，碳納米管模板，氣凝膠模板等。如中國專利CN1187153C等。采用模板法納米 線的優(yōu)點(diǎn)就是能夠嚴(yán)格控制納米線的形貌，但是由于納米線是在模板中進(jìn)行生長，納米線的 尺寸嚴(yán)格受到模板尺寸的控制，所以想制備不同尺寸的納米線就必須先制備不同尺寸的模板， 這就導(dǎo)致制備的納米線的成本過高。另外模板法制備納米線的產(chǎn)量都很低，很難適應(yīng)工業(yè)上 的大規(guī)模生產(chǎn)?，F(xiàn)在采用得比較多的制備銀納米線的方法都是釆用溶液法，如濕熱化學(xué)法、 晶種生長法等。如中國專利CN1709791A和CN1203949C等。眾所周知一維納米線結(jié)構(gòu)并不 是材料生長的最理想的結(jié)構(gòu)，為了保證材料能沿著一維方向進(jìn)行生長，通常在溶液化學(xué)法制 備納米線的過程中都是采用比較溫和還原性的還原劑，這就導(dǎo)致了反應(yīng)很慢，過程通常比較 長。同時由于采用溫和性還原劑，這些反應(yīng)通常需要在較高溫度下才能進(jìn)行。以上方法均可 以制備得到線狀納米材料，但由于這些反應(yīng)所需要的設(shè)備及反應(yīng)條件復(fù)雜，反應(yīng)時間長，一 般需要數(shù)小時至幾天，而且產(chǎn)量很低(毫克級)，難以用于大規(guī)模生產(chǎn)制備，限制了其從實(shí)驗(yàn) 室制備向生產(chǎn)轉(zhuǎn)化的應(yīng)用可能。為此，尋找一種低成本、產(chǎn)量高的制備貴金屬納米線的方法 是非常急需的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種大批量制備貴金屬納米線的方法，以克服現(xiàn)有制備方法中存在 的反應(yīng)條件復(fù)雜、反應(yīng)時間長、產(chǎn)量低等缺陷。
本工藝分為兩步首先是均勻混合貴金屬原料和還原溶劑，然后是通過微波處理得到貴 金屬納米線，通過調(diào)節(jié)原料配比和原料質(zhì)量并控制反應(yīng)時間可以制備得到不同長徑比的納米線。
具體為-
1) 將貴金屬氯化物(指氯金酸、氯鉑酸)或硝酸化合物(指硝酸銀)與聚乙烯吡咯烷酮 (PVP)混合并加入乙二醇中，均勻分散溶解后得到透明澄清液，貴金屬氯化物與聚乙烯吡
咯垸酮的質(zhì)量比為1: 1 1.25,乙二醇的體積與貴金屬氯化物或其硝酸化合物質(zhì)量的比例為 4.2 6.25 (ml/g)。
2) 在上述澄清液中加入水溶性氯化物或氨水，攪拌均勻，得到反應(yīng)先驅(qū)體；再根據(jù)所制 備貴金屬的種類加入水溶性氯化物或氨水(制備銀納米線需加入水溶性氯化物，氯化物的加 入量占硝酸銀的1% 1.2%;制備金納米線或鉑納米線需加入氨水，氨水的加入量的體積與貴 金屬氯化物的比例為0.33~0.5ml/g)
3) 將制備好的懸濁液，在頻率為2.45GHZ，功率為320 400W的微波下輻照8 20分 鐘后得到含有貴金屬納米線的。
上述制備方法中，貴金屬納米線的一次單產(chǎn)量可達(dá)到50 1000克，轉(zhuǎn)化率大于90%。 上述制備方法中，貴金屬氯化物指純度大于99%的氯金酸HAuCU或純度大于99^的氯 鉑酸H2PtCl6;硝酸化合物指純度大于98%的硝酸銀。
上述制備方法中，水溶性氯化物為氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣或氯化鉀，優(yōu)選氯化鈉； 上述制備方法中，乙二醇濃度為99.8%; 上述制備方法中，氨水溶液濃度為70%;
上述制備方法中，聚乙烯吡咯烷酮濃度為大于98%，聚合度為K30或K30以上； 上述制備方法中，所有試劑均沒有經(jīng)過純化處理； 本發(fā)明具有的有益效果是-
1) 該制備方法簡單，成本低，可以在很寬范圍內(nèi)制備貴金屬納米線；
2) 該制備方法制備的貴金屬納米線純度高、粒子含量少、尺寸均一，長度可達(dá)20 100,，
3) 該制備方法單產(chǎn)量最大可以達(dá)到公斤級，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是實(shí)施例1制備的銀納米線的掃描電鏡照片； 圖2是實(shí)施例2制備的銀納米線的透射電鏡照片。 圖3是實(shí)施例3制備的金納米線的透射電鏡照片 圖4是實(shí)施例4制備的鉑納米線的透射電鏡照片
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:
按照制備過程進(jìn)行。按質(zhì)量比1: 1.25將100g的硝酸銀粉末與125g的PVP混合加入 盛有500ml乙二醇的燒杯中，超聲攪拌15~20分鐘，得到均勻透明溶液；另加入O.lg的NaCl， 繼續(xù)超聲攪拌5 10分鐘，將此溶液放入微波爐，反應(yīng)條件為2.45GHz， 320W， 20min。再 將溶液在8000r/min離心速率下離心20min。得到的固體用1L水分散并經(jīng)過超聲洗滌處理， 再次離心，產(chǎn)物常溫干燥。場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)的樣品是將粉末樣品分散在乙醇中滴 在樣品臺上，待乙醇揮發(fā)后，掃描電鏡觀察，掃描電鏡型號為FEISIRION。圖l是實(shí)施例l 制備的金納米線的掃描電鏡照片；從照片可以看出制備的銀納米線長度在10~20微米。 實(shí)施例2-
按照制備過程進(jìn)行。按質(zhì)量比1: 1.25將100g的硝酸銀粉末與125g的PVP混合加入 盛有500ml乙二醇的燒杯中，超聲攪拌15~20分鐘，得到均勻透明溶液；另加入0.12g的KC1， 繼續(xù)超聲攪拌5 10分鐘，將此溶液放入微波爐，反應(yīng)條件為2.45GHz， 400W， 16min。再 將溶液在8000r/min離心速率下離心20min。得到的固體用1L水分散并經(jīng)過超聲洗滌處理， 再次離心，產(chǎn)物常溫干燥。場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)的樣品是將粉末樣品分散在乙醇中滴 在樣品臺上，待乙醇揮發(fā)后，掃描電鏡觀察，掃描電鏡型號為FEISIRION。圖2是實(shí)施例2 制備的金納米線的掃描電鏡照片；從照片可以看出制備的銀納米線長度在20~40微米。 實(shí)施例3:
按照制備過程進(jìn)行。按質(zhì)量比1: 1.12將80g的氯金酸粉末與90g的PVP混合加入盛有 500ml乙二醇的燒杯中，超聲攪拌5 10分鐘，得到均勻透明溶液；另加入40ml、 70%的氨 水溶液，繼續(xù)超聲攪拌5 10分鐘，將此溶液放入微波爐，反應(yīng)條件為2.45GHz， 320W， 12min。再將溶液在8000r/min離心速率下離心20min。得到的固體用1L水分散并經(jīng)過超聲洗 滌處理，再次離心，產(chǎn)物常溫干燥。場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)的樣品是將粉末樣品分散在 乙醇中滴在樣品臺上，待乙醇揮發(fā)后，掃描電鏡觀察，掃描電鏡型號為FEISIRION，圖3是 實(shí)施例3制備的金納米線的掃描電鏡照片；從圖3可以看出金納米線的長度在100~800納米。
實(shí)施例4:按照制備過程進(jìn)行。按質(zhì)量比1: 1將60g氯鉑酸與60g PVP混合加入盛有250ml乙二醇 的燒杯中，超聲攪拌5 10分鐘，得到均勻透明溶液；另加入20ml、 70%的氨水溶液，繼續(xù) 超聲攪拌5 10分鐘；將上述溶液放入微波爐，反應(yīng)條件為2.45GHz, 400W， 8min。，然反 在8000r/min離心速率下離心20min。得到的固體用乙醇分散并經(jīng)過超聲洗滌處理，再次離心， 產(chǎn)物常溫干燥。投射電鏡測試樣品是將樣品溶于乙醇后，滴加到覆有碳膜的銅網(wǎng)上千燥，圖 4給出了按照實(shí)施例4得到的Pt納米線和納米粒子的透射電鏡(TEM)照片，透射電鏡型號 為JEOL 300。從圖4可以看出制備得到的產(chǎn)物中混有納米粒子和納米線，粒子大小在10 20 納米，線長在200 80O納米。
權(quán)利要求
1. 一種大批量制備貴金屬納米線的方法，其特征在于一、材料配比純度>98％的硝酸銀；純度>99％的氯金酸；純度>99％的氯鉑酸；純度大于99％的氯化鈉或其它水溶性氯化物，如氯化鎂；純度>90％的乙二醇；濃度為70％的氨水溶液；純度>90％的聚乙烯吡咯烷酮PVP(聚合度在K30或以上)；以上試劑均沒有經(jīng)過純化處理；二、制備過程1)將貴金屬氯化物(指氯金酸、氯鉑酸)或硝酸化合物(指硝酸銀)與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)混合并加入乙二醇中，均勻分散溶解后得到透明澄清液，貴金屬氯化物與聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為11～1.25，乙二醇的體積與貴金屬氯化物或其硝酸化合物質(zhì)量的比例為4.2～6.25(ml/g)，2)在上述澄清液中加入水溶性氯化物或氨水，攪拌均勻，得到反應(yīng)先驅(qū)體；再根據(jù)所制備貴金屬的種類加入水溶性氯化物或氨水(制備銀納米線需加入水溶性氯化物，氯化物的加入量占硝酸銀的1％～1.2％；制備金納米線或鉑納米線需加入氨水，氨水的加入量的體積與貴金屬氯化物的比例為0.33～0.5ml/g)，3)將制備好的懸濁液，在頻率為2.45GHZ，功率為320～400W的微波下輻照8～20分鐘后得到含有貴金屬納米線的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大規(guī)模合成貴金屬納米線的方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供了一種快速高效，環(huán)境友好的且具有普適性的合成貴金屬納米材料的方法和工藝。在室溫及常壓下，將貴金屬鹽類(如硝酸銀，氯金酸，氯鉑酸)加入到還原性的溶液，經(jīng)微波處理數(shù)分鐘后可以生長得到貴金屬納米線結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明可以降低反應(yīng)成本，提高納米線的生產(chǎn)效率，制備的納米線具有純度高，結(jié)構(gòu)好等優(yōu)點(diǎn)。通過增加反應(yīng)物的濃度和質(zhì)量，單次產(chǎn)量最高可達(dá)到公斤級。
文檔編號C30B29/02GK101451270SQ20081016310
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者姜清奎, 常振宇, 葛明圓, 陸永浩 申請人:常振宇