纳米银的制备及其应用的研究

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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。传统纳米银的制备方法有物理法和化学法。物理法制备纳米银粒子,所用设备昂贵制备成本高,生产费用昂贵,且条件不易控制。化学法制备纳米银粒子操作简单,容易控制,但是所用试剂容易对环境造成污染。生物还原法是新兴的制备手法,是采用生物材料或生物体系天然合成纳米微粒,该法条件简单、容易控制、成本低、不污染环境,越来越受到研究学者的青睐,成为近几年的研究热点。由于茶叶中的茶多酚有极强的抗氧化性,以茶叶浸取液中的茶多酚以及黄酮类化合物作还原剂,在反应中可以同时起到还原和分散作用,所以在利用绿茶和普洱茶制备银纳米粒子时,不用添加任何的表面活性剂,就可以制备出粒径均匀,分散性好的球形粒子。本研究分别采用抗坏血酸和茶叶浸取液,用化学还原法和生物还原法制备纳米银粒子,用XRD、SEM、UV-vis等手段进行了表征。将绿茶浸取液制备的纳米银粒子用作氨燃料电池的阴极,对电极进行了电化学测试。实验结果如下:①以AgNO3为银源,抗坏血酸为还原剂,SDS做为表面活性剂,在温度合适的条件下确定了制备银纳米粒子最小粒径的最佳实验条件。在AgNO3浓度为0.04mol/L,抗坏血酸(VC)浓度0.8mol/L,十二烷基硫酸钠(SDS)的用量0.15g,反应温度为20℃时,制备得到了纯净且粒径分布小而均匀的纳米银粉末。经紫外测试表明所制备的纳米银粉末稳定性强。纳米银粒子的粒度分布为20-40nm,平均粒径为30nm,分散性较好,属球形面心立方晶系纯相单质银。②以AgNO3为银源,绿茶浸取液为还原剂,不添加任何表面活性剂,确定了制备纳米银粒子的最佳条件。在AgNO3浓度为0.08mol/L,绿茶与水的配比为1g/80mL,不添加任何表面活性剂,反应温度为40℃,时间为2h时,制备得到了平均粒径为30nm的纳米粒子。XRD表征的结果表明所得产品的结构为立方晶系纯相单质银。用紫外分光光度计以及SEM进行表征测试,可知银纳米粒子为球形。③以AgNO3为银源,普洱茶水为还原剂,不添加任何表面活性剂,确定了制备纳米银粒子的最佳条件。在AgNO3浓度为0.08mol/L,普洱茶与水的配比为1g/80mL,不添加任何表面活性剂,反应温度为40℃,时间为2h时,制备得到了纳米银粒子。通过XRD表征确定该纳米粒子属立方晶系纯相单质银,由谢乐公式计算得纳米银粒子的平均粒径为25.4nm左右。通过用紫外分光光度计和SEM扫描电镜表征,可知看出银纳米粒子为球形,平均粒径约为25nm。④选用绿茶、普洱茶的最优条件,即AgN03浓度为0.08mol/L,红茶与水的配比为1g/80mL,不添加任何表面活性剂,反应温度为40℃,时间为2h。用红茶作为还原剂制备纳米银粒子,制备得到了平均粒子为27nm左右的银纳米粒子。并通过XRD以及SEM进行了测试表征。⑤将用绿茶作为还原剂得到的纳米银粉末与炭黑混合作为燃料电池的阴极,镍与炭黑作为阳极,35%的氨水作为燃料,进行氨燃料电池的电极测试,其催化效果明显,优于用MnO2作为电池阴极的电化学测试结果。电池启动快,开路电压能够在30s之内快速达到平衡,开路电压能达到0.7V。温度越高,电流密度越大,温度达到80℃时,电池的电流密度可达到24mA·cm-2,功率密度为5.3mW·cm-2,将来在实际应用中维持电池运行温度在50℃是非常容易达到的。说明我们所研制的电池有很好的应用前景。
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