一种纳米银及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种纳米银及其制备方法和应用 (Nano silver and preparation method and application thereof ) 是由 吕维忠 郑威猛 晏璐 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种纳米银及其制备方法和应用,属于纳米金属材料技术领域。所述纳米银的制备方法为：将银源、保护剂及还原剂混合于水中,形成混合溶液；将所述混合溶液进行超声处理,同时进行微波加热至20～80℃反应5～20min,得到纳米银。本发明制得的纳米银结晶度高、粒径小而均匀,且本发明合成工艺高效、简便、环保,原料易得,重现性好,有效解决了传统化学法反应时间长,产物晶型不完整,容易团聚,反应体系不环保等问题。(The invention relates to nano silver and a preparation method and application thereof, belonging to the technical field of nano metal materials. The preparation method of the nano silver comprises the following steps: mixing a silver source, a protective agent and a reducing agent in water to form a mixed solution; and carrying out ultrasonic treatment on the mixed solution, and simultaneously carrying out microwave heating to 20-80 ℃ for reaction for 5-20 min to obtain the nano silver. The nano silver prepared by the method has high crystallinity, small and uniform particle size, and the synthesis process is efficient, simple, convenient and environment-friendly, has easily obtained raw materials and good reproducibility, and effectively solves the problems of long reaction time, incomplete crystal form of the product, easy agglomeration, non-environment-friendly reaction system and the like of the traditional chemical method.)
技术领域
本发明涉及纳米金属材料技术领域，尤其涉及一种纳米银及其制备方法和应用。
背景技术
纳米银具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应，在光学、电子学、热学以及生物医药材料表现有特殊的性质，还具有磁性和优良的抗菌性能。在工业催化材料、电子元器件、防静电材料、低温超导材料、抗菌材料、分子诊断以及基因疗法等领域有着广阔的应用前景。尤其是作为催化剂，表现有较好的催化活性和反应选择性。正是因为纳米银在医疗、催化、抗菌活性等多个领域的广泛应用，因此有必要采用低毒甚至无毒的方法制备对人体无害、环境友好的纳米银。基于经济性、环保性和规模化生产等方面的考量，寻找一种高效、简单、无害的合成方法制备纳米银粒子具有重要意义。
目前国内纳米银的制备方法以物理法、化学法、生物法这三类方法为主。其中，化学法制备纳米银粒子较为常见，此方法操作简单，容易控制，但该法也存在不足之处，其反应时间长，产物晶型不完整，产物颗粒容易团聚，且制备反应一般在有机溶剂中进行，反应体系不环保。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种纳米银及其制备方法和应用，旨在解决现有制备方法反应时间长，所制备纳米银粒子晶型不完整的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种纳米银的制备方法，其中，包括步骤：
将银源、保护剂及还原剂混合于水中，形成混合溶液；
将所述混合溶液进行超声处理，同时进行微波加热至20～80℃反应5～20min，得到纳米银。
可选地，所述银源为硝酸银。
可选地，所述保护剂为十二烷基苯磺酸钠。
可选地，所述还原剂为L-抗坏血酸。
可选地，所述银源和保护剂的摩尔比为1：1～5：1。
可选地，所述银源和还原剂的摩尔比为1：3～1：6。
可选地，所述制备方法还包括步骤：将所述反应后的溶液进行冷却，抽滤，将抽滤得到的沉淀洗涤并干燥，得到所述纳米银。
可选地，所述水为超纯水。
由本发明所述的纳米银的制备方法制得的纳米银。
由权本发明所述的纳米银的制备方法制得的纳米银在抗菌辅料中的应用。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明通过超声辅助均匀分散同时微波加热至20～80℃反应5～20min，得到纳米银。也就是说，采用超声微波辅助化学还原法制得粉末状的纳米银，该方法综合了超声微波和化学还原法的优点，高效、简便、环保，且得到了结晶度高、粒径小而均匀的纳米银粉体，能更好地应用于纳米银抗菌辅料等领域上。本发明该方法有效解决了现有制备方法反应时间长，所制备纳米银粒子晶型不完整，纳米颗粒团聚和引入毒性物质的问题。
附图说明
图1为实施例1样品的X-射线衍射谱图；
图2为实施例1样品的扫描电镜照片；
图3为实施例1样品的紫外可见分光光谱仪测试结果；
图4为实施例2样品的X-射线衍射谱图；
图5为实施例2样品的扫描电镜照片；
图6为实施例2样品的紫外可见分光光谱仪测试结果；
图7为实施例3样品的X-射线衍射谱图；
图8为实施例3样品的扫描电镜照片；
图9为实施例3样品的紫外可见分光光谱仪测试结果；
图10为实施例4样品的X-射线衍射谱图；
图11为实施例4样品的扫描电镜照片；
图12为实施例4样品的紫外可见分光光谱仪测试结果。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
本发明实施例提供一种纳米银的制备方法，其中，包括步骤：
将银源、保护剂及还原剂混合于水中，形成混合溶液；
将所述混合溶液进行超声处理，同时进行微波加热至20～80℃反应5～20min，得到纳米银。
本实施例通过超声辅助均匀分散同时微波加热至20～80℃反应5～20min，得到纳米银。也就是说，采用超声微波辅助化学还原法制得粉末状的纳米银，该方法综合了超声微波和化学还原法的优点，高效、简便、环保，且得到了结晶度高、粒径小而均匀的纳米银粉体，能更好地应用于纳米银抗菌辅料等领域上。本实施例该方法有效解决了现有制备方法反应时间长，所制备纳米银粒子晶型不完整，纳米颗粒团聚和引入毒性物质的问题。
优选地，所述纳米银的粒径为50-100nm。
优选地，所述微波加热至20～60℃，以进一步确保制得的纳米银的粒径较小。
优选地，所述微波加热至20～80℃反应10～20min，如20min，以进一步确保制得的纳米银的粒径较小。
优选地，所述银源为硝酸银。
优选地，所述保护剂为十二烷基苯磺酸钠。
优选地，所述还原剂为L-抗坏血酸。
优选地，所述银源和保护剂的摩尔比为1：1～5：1。适量的保护剂可以促进纳米银颗粒成核，使制得的纳米银的粒径较小，过量的保护剂用量会导致纳米银颗粒长大。
优选地，所述银源和还原剂的摩尔比为1：3～1：6。适量的还原剂用量可以获得粒径较小的纳米银颗粒，还原剂用量不当会对纳米银粒子的粒径及分布产生影响。
可选地，所述制备方法还包括步骤：将所述反应后的溶液进行冷却，抽滤，将抽滤得到的沉淀洗涤并干燥，得到所述纳米银。
可选地，所述水为超纯水。
由本发明实施例所述的纳米银的制备方法制得的纳米银。
由权本发明实施例所述的纳米银的制备方法制得的纳米银在抗菌辅料中的应用。
下面通过若干具体的实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
称取0.51g硝酸银、0.5g十二烷基苯磺酸钠及3.17g L-抗坏血酸分别溶于5mL、10mL、15mL超纯水中，混合形成混合溶液；通过超声辅助均匀分散同时微波分别加热至20℃、40℃、60℃、80℃，各反应20min，直至产生沉淀完全，冷却，抽滤，将沉淀洗涤并干燥，得到粉末状的纳米银。
采用X-射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和紫外可见分光光谱仪对所获纳米银进行了表征。
图1为本实施例所获得的纳米银的X-射线衍射谱图，图2为本实施例所获得的纳米银的扫描电镜照片，图3为本实施例所获得的纳米银的紫外可见分光光谱仪测试结果。
由图1可知，获得的样品XRD衍射峰与银标准卡片(Ag JCPDS No.04-0783)的衍射峰相一致，各主衍射峰明显分离，且各衍射峰尖锐清晰，峰形、峰高均达标准，说明粉末晶化较为完善，表明样品是高结晶度银单质，属面心立方晶型结构。通过对各个峰进行拟合，并使用谢乐公式d＝kλ/BCosθ估算得到纳米银的平均粒径均约为50纳米。由图2可知，获得的纳米银粒子均为球形，分散比较均匀，温度为80℃时的纳米银粒子团聚较明显。由图3可知，随温度的升高，最大吸收峰先蓝移后红移。这说明随温度的升高，纳米银的粒径先减小后增大，且温度为80℃时吸收光谱的半峰宽最宽，说明此条件下制备的纳米银粒径分布最宽。这证明温度在20℃-60℃时升高温度有利于提高成核速率；温度达到80℃，过高的温度反而会加速布朗运动，进而加速纳米银的团聚，造成粒径分布较宽。
实施例2
称取0.51g硝酸银、0.5g十二烷基苯磺酸钠及3.17g L-抗坏血酸分别溶于5mL、10mL、15mL超纯水中，混合形成混合溶液；通过超声辅助均匀分散同时微波加热至20℃分别反应5min、10min、15min、20min，直至产生沉淀完全，冷却，抽滤，将沉淀洗涤并干燥，得到粉末状的纳米银。
采用X-射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和紫外可见分光光谱仪对所获纳米银进行了表征。
图4为本实施例所获得的纳米银的X-射线衍射谱图，图5为本实施例所获得的纳米银的扫描电镜照片，图6为本实施例所获得的纳米银的紫外可见分光光谱仪测试结果。
由图4可知，获得的样品XRD衍射峰与银标准卡片(Ag JCPDS No.04-0783)的衍射峰相一致，各主衍射峰明显分离，且各衍射峰尖锐清晰，峰形、峰高均达标准，说明粉末晶化较为完善，表明样品是高结晶度银单质，属面心立方晶型结构。通过对各个峰进行拟合，并使用谢乐公式d＝kλ/BCosθ估算得到纳米银的平均粒径均约为50纳米。由图5可知，获得的纳米银粒子均为球形，分散比较均匀。由图6可知，随着反应时间的增加，当时间为20min时最大吸收峰波长最短，说明此条件下纳米银的粒径最小，且时间为5min时吸收光谱的半峰宽最宽，即在此条件下的纳米银颗粒粒径分布最宽，说明反应时间过短会影响纳米银粒子成核，导致粒径分布变宽。
实施例3
称取0.51g硝酸银，0.1g、0.2g、0.3g、0.4g、0.5g十二烷基苯磺酸钠及3.17gL-抗坏血酸分别溶于5mL、10mL、15mL超纯水中，混合形成混合溶液；通过超声辅助均匀分散同时微波加热至20℃反应20min，直至产生沉淀完全，冷却，抽滤，将沉淀洗涤并干燥，得到粉末状的纳米银。
采用X-射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和紫外可见分光光谱仪对所获纳米银进行了表征。
图7为本实施例所获得的纳米银的X-射线衍射谱图，图8为本实施例所获得的纳米银的扫描电镜照片，图9为本实施例所获得的纳米银的紫外可见分光光谱仪测试结果。
由图7可知，获得的样品XRD衍射峰与银标准卡片(Ag JCPDS No.04-0783)的衍射峰相一致，各主衍射峰明显分离，且各衍射峰尖锐清晰，峰形、峰高均达标准，说明粉末晶化较为完善，表明样品是高结晶度银单质，属面心立方晶型结构。通过对各个峰进行拟合，并使用谢乐公式d＝kλ/BCosθ估算得到纳米银的平均粒径均约为50纳米。由图8可知，获得的纳米银粒子为球形，分散比较均匀。由图9可知，增加保护剂的用量能使最大吸收峰红移，即此条件下纳米银颗粒的大小随着使用的保护剂的量增加而增大，也就是适量的保护剂可以促进纳米银颗粒成核，过量的保护剂用量会导致纳米银颗粒长大。
实施例4
称取0.51g硝酸银、0.5g十二烷基苯磺酸钠及1.58g，2.11g，2.64g，3.17g L-抗坏血酸分别溶于5mL、10mL、15mL超纯水中，混合形成混合溶液；通过超声辅助均匀分散同时微波加热至20℃反应20min，直至产生沉淀完全，冷却，抽滤，将沉淀洗涤并干燥，得到粉末状的纳米银。
采用X-射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和紫外可见分光光谱仪对所获纳米银进行了表征。
图10为本实施例所获得的纳米银的X-射线衍射谱图，图11为本实施例所获得的纳米银的扫描电镜照片，图12为本实施例所获得的纳米银的紫外可见分光光谱仪测试结果。
由图10可知，获得的样品XRD衍射峰与银标准卡片(Ag JCPDS No.04-0783)的衍射峰相一致，各主衍射峰明显分离，且各衍射峰尖锐清晰，峰形、峰高均达标准，说明粉末晶化较为完善，表明样品是高结晶度银单质，属面心立方晶型结构。通过对各个峰进行拟合，并使用谢乐公式d＝kλ/BCosθ估算得到纳米银的平均粒径均约为50纳米。由图11可知，获得的纳米银粒子为球形，分散比较均匀。由图12可知，随还原剂用量的增加，样品的最大吸收峰先蓝移后红移，说明其粒径先减小后增大。当纳米银颗粒粒径最小，半峰宽最小，粒径分布最窄时，Vc用量为2.11g。即适量的还原剂用量可以获得粒径较小的纳米银颗粒，还原剂用量不当都会对纳米银粒子的粒径及分布产生影响。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。
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