次亞磷酸鈉還原制備納米銀粉及其性能研究

　　以AgNO3為銀源，次亞磷酸鈉為還原劑，化學(xué)還原制備了納米銀粉。通過(guò)透射電子顯微鏡、X射線熒光分析和X射線衍射分別對(duì)其形貌、組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。根據(jù)納米銀粉在去離子水介質(zhì)中Zeta-pH關(guān)系，確定了溶液pH值、分散劑種類(lèi)。結(jié)合L9(33)的正交試驗(yàn)考察了還原劑與氧化劑的摩爾比、分散劑種類(lèi)及反應(yīng)溫度對(duì)納米銀粉的分散性及粒度的影響。制備納米銀粉的優(yōu)化條件：還原劑與氧化劑的摩爾比為5，pH為6，溫度為50e，分散劑為六偏磷酸鈉。按該條件制備的納米銀粉，純度高，其平均粒徑為18nm，粒徑分布窄，分散性能優(yōu)異，且具有較高的催化活性。
　　
　　納米銀粉與普通銀粉相比，具有比表面積大、表面原子數(shù)多、表面能高，且存在大量的表面缺陷和懸鍵，具有高度的不飽和性及很高的化學(xué)反應(yīng)活性。因此在各個(gè)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值，可作為抗菌材料、電池材料、電接觸材料、電子漿料、釬料、裝飾材料、醫(yī)用材料、以及催化材料等。目前制備納米銀粉主要有，電解法、噴霧熱分解法、直流電弧熱等離子法、機(jī)械化學(xué)合成法、微波法和化學(xué)還原法。由于化學(xué)還原法制備成本低，設(shè)備易操作，節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)成為目前制備納米銀粉的主要方法。目前，多數(shù)研究根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)選擇z*優(yōu)條件，通常沒(méi)有考察各因素之間的相互影響，不僅進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)量大，而且也浪費(fèi)了資源。次亞磷酸鈉作為還原劑價(jià)廉易得，還原性強(qiáng)，能夠迅速、以較高的產(chǎn)率將溶液中的銀還原出來(lái)，而且反應(yīng)所得納米銀粉表面吸附的少量還原劑通過(guò)多次洗滌容易除去。制得的納米銀粉在不同介質(zhì)和不同pH環(huán)境下均具有不同的表界面電位，因此通過(guò)研究納米銀粉的表面電位能夠幫助選擇合適的pH值和分散劑。本文提出以pH-Zeta電位圖為指導(dǎo)選擇pH值和分散劑的種類(lèi)，大大減少了制備過(guò)程中的工作量，這種方法尚未見(jiàn)報(bào)道。
　　
　　實(shí)驗(yàn)中以硝酸銀為銀源，用次亞磷酸鈉作為還原劑，在pH-Zeta電位的基礎(chǔ)上，結(jié)合正交設(shè)計(jì)優(yōu)化銀粉制備的條件。探討硝酸銀與還原劑濃度比、分散劑種類(lèi)和反應(yīng)溫度對(duì)銀粉的分散性和粒度的影響，確定了較優(yōu)的反應(yīng)工藝條件，成功制備出高分散、近球形納米銀粉。研究表明，制備的納米銀粉對(duì)硼氫化鈉還原對(duì)硝基苯酚合成氨基苯酚的反應(yīng)有很好的催化特性。
　　
　　1、實(shí)驗(yàn)
　　
　　1.1、實(shí)驗(yàn)原料
　　
　　本實(shí)驗(yàn)中所使用的主要試劑：硝酸銀(AgNO3)，次亞磷酸鈉(NaH2PO2#H2O)，氫氧化鈉(NaOH)，醋酸(CH3COOH)，六偏磷酸鈉((NaPO3)6)，聚乙二醇(PEG)，司班-80(Span-80)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
　　
　　1.2、實(shí)驗(yàn)步驟
　　
　　s*先，AgNO3溶解在250mL燒杯中，調(diào)節(jié)pH值，將該氧化液置于恒溫水浴中升溫至一定值，開(kāi)始攪拌。將次亞磷酸鈉、分散劑溶解在250mL燒杯中，配制成還原液逐滴加入氧化液中，制備出紅棕色的銀膠。分光光度計(jì)測(cè)量離心后上層溶液的吸光度，以吸光度的大小來(lái)表征納米粉體的分散效果，吸光度越高則說(shuō)明水中單位體積的納米銀粉含量越高，分散效果越好。將其余制得的銀膠離心分離，用去離子水和無(wú)水乙醇清洗，真空干燥后得到黑色粉末。
　　
　　將硼氫化鈉(1.7mL，1.5×10-2 mol/L)與對(duì)硝基苯酚(2mL，2.0×10-4 mol/L)置于1cm寬的石英比色皿中，溶液的顏色迅速由淺黃色變成亮黃色。將制備的銀納米粒子(0.3mL，2.0×10-4 mol/L)迅速加入上述溶液中，每30s利用紫外-可見(jiàn)光譜跟蹤測(cè)試反應(yīng)進(jìn)行的程度。
　　
　　1.3、納米粉末的表征
　　
　　采用美國(guó)FEI公司的Tecnai20透射電子顯微鏡測(cè)定銀顆粒的形貌；用美國(guó)Compix公司的SimplePCI軟件測(cè)試其平均粒徑；采用美國(guó)熱電公司ARLXcTRA型X射線衍射(XRD)儀對(duì)樣品進(jìn)行物相分析；采用瑞士ARL公司的ADVANTcXP型X射線熒光光譜(XRF)儀對(duì)樣品進(jìn)行純度分析；采用瑞士Unico公司的UV1900紫外-可見(jiàn)光雙光束分光光度計(jì)對(duì)粉體的催化性能進(jìn)行研究。
　　
　　3、結(jié)論
　　
　　(1)確定了納米銀粉在去離子水介質(zhì)中Zeta-pH關(guān)系，發(fā)現(xiàn)pH值等于6時(shí)具有正的z*大Zeta電位，在該pH值下選取了陰離子型和非離子型表面活性劑。
　　
　　(2)綜合考察納米銀粉粒度及分散性，同時(shí)考慮試劑用量，推薦制備納米銀粉的z*佳制備條件：還原劑與氧化劑的摩爾比5，pH為6，溫度為50℃，分散劑為六偏磷酸鈉。制備的納米銀粉，平均粒徑為18nm，粒徑分布窄，純度高，分散性能優(yōu)異。
　　
　　(3)在優(yōu)化條件制備的納米銀粉(0.3mL，2.0×10-4 mol/L)，加入到將硼氫化鈉(1.7mL，1.5×10-2 mol/L)與對(duì)硝基苯酚(2mL，2.0×10-4 mol/L)，4min內(nèi)就完全使對(duì)硝基苯酚還原成氨基苯酚，表現(xiàn)出較高的催化活性。