納米銀的可控制備及其應(yīng)用研究.pdf

1、納米銀由于具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，受到越來越多的關(guān)注，可廣泛應(yīng)用于催化劑材料、電池電極材料、光學(xué)材料、抗菌材料、涂料等。而納米銀的性質(zhì)主要依賴于其形貌和尺寸。因此，對于納米銀的可控制備，已經(jīng)成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)之一。本文首先對多形貌納米銀的制備及相關(guān)性能做了簡要地概述，特別介紹了多元醇法可控合成不同形貌的納米銀，并指出了納米銀可控制備研究中存在的不足。本文圍繞納米銀的可控制備及形成機(jī)理展開了研究工作，分別以乙醇、乙二醇和二甲基甲酰胺（D

2、MF）做溶劑和還原劑，研究了不同工藝參數(shù)對納米銀最終形貌和尺寸的影響。在此基礎(chǔ)上，探討了不同形貌納米銀對導(dǎo)電膠和LiFePO4 正極材料導(dǎo)電性的影響。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　 利用乙醇作為溶劑和還原劑，制備了尺寸均勻的納米銀顆粒。結(jié)果表明：PVP除了做表面活性劑外，能與銀離子結(jié)合生成絡(luò)合物，有利于降低化學(xué)電位，使得銀離子更容易被乙醇還原生成納米銀顆粒。在較長反應(yīng)時(shí)間下（1.5 h），可以形成大尺寸的納米銀顆粒；在較高的硝

3、酸銀濃度下（0.15 M），形核速度高于生長速度，導(dǎo)致在溶液中形成了細(xì)小的顆粒。同時(shí)，由于其具有較高的比表面積，易吸附PVP，在其表面形成保護(hù)層，阻止了團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，有利于獲得小尺寸的納米銀顆粒；在較高的溫度下（60°C），形核速度高于生長速度，在PVP的作用下，形成了小尺寸的納米銀顆粒。
　　 以FeCl3為抑制劑，水熱法合成銀納米線（＜3 μm）。在低濃度FeCl3下（5～50μM），僅能得到納米銀顆粒和納米銀線的混合物。

4、在高濃度FeCl3下（>100μM），溶液中形成了大量AgCl 膠體，能減少溶液中游離銀離子的濃度，降低銀離子被還原的速度，易生成十面體的多重孿晶晶種，由于PVP 優(yōu)先吸附于晶種的{100}晶面族，使得其沿著{111}晶面長大，通過各向異性生長成納米銀線。隨著FeCl3濃度的增大，納米銀線的尺寸隨之增大；在相同的Cl-濃度下，對比了Fe3+和Na+的作用，發(fā)現(xiàn)Fe3+能消耗體系中殘留氧氣，以阻止其對晶種的蝕刻作用，可得到純的納米銀線；在

5、相同的濃度下（300μM），OH-的存在有利于生成尺寸均勻的納米銀顆粒。在Br-的存在下，少量納米銀線（＞4 μm）得以形成。此外，反應(yīng)時(shí)間和PVP對硝酸銀的摩爾比也會(huì)影響納米銀線的形成。
　　 采用多元醇法與水熱結(jié)合，引入不同濃度的Na2S，可以得到純的納米銀線和納米銀立方塊。低濃度Ag2S 膠體作為催化劑（＜50μM）時(shí)，由于Ag2S是一種n 型半導(dǎo)體，能迅速提升銀離子被還原的速度，易生成單晶晶種，在PVP的作用下，該晶種能

6、生長成納米銀立方塊。通過調(diào)整反應(yīng)溫度（135～155 °C）和Ag2S 膠體濃度（12.5～50μM），可以控制納米銀立方塊的尺寸；高濃度Ag2S 膠體作為抑制劑（>100μM）時(shí)，降低了銀離子被還原的速度，可生成多重孿晶晶種。在PVP的作用下，納米銀線得以形成（＞10μm）。隨著Ag2S 膠體濃度的增大（100～300μM），納米銀線的直徑隨之增大。
　　 采用多元醇法與微波相結(jié)合，引入不同濃度的Na2S，在較短的時(shí)間內(nèi)（3.

7、5 min），就能制備出純的納米銀立方塊和納米銀線。當(dāng)微波功率為300W和400W時(shí)，Ag2S膠體濃度分別在31.25～500μM和62.5～250μM的范圍內(nèi)，均能形成純的納米銀立方塊。通過改變上述Ag2S 膠體的濃度，可以控制最終納米銀立方塊的尺寸。在相同的Ag2S濃度下，隨著微波功率（250～450W）的變化，反應(yīng)溫度隨之變化，從而達(dá)到控制納米銀立方塊尺寸的目的。當(dāng)微波功率為400W時(shí)，在較高Ag2S 膠體濃度（750μM）下，生

8、成了純的納米銀線。在相同的陰離子濃度下，Cl-取代S2-，僅能得到少量的納米銀線。
　　 利用水熱法，以DMF為溶劑和還原劑，引入不同量的FeCl3，控制溶液中游離銀離子的濃度，達(dá)到控制最終納米銀形貌的目的。在較低的FeCl3濃度下（50μM），易生成薄的納米銀盤；在較高的FeCl3濃度下（100μM），溶液中生成了厚的納米銀盤。當(dāng)FeCl3濃度過高時(shí)（300μM），形成了多形貌的納米銀。在相同的FeCl3濃度下（50μM），將

9、反應(yīng)溫度150°C 變?yōu)?60°C，薄的六角形納米銀盤轉(zhuǎn)變?yōu)楸〉娜切渭{米銀盤。
　　 采用不同形貌的納米銀來改善導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性。利用納米銀顆粒進(jìn)行填充片狀微米級銀粉接觸間隙，可有效增大導(dǎo)電通道，降低導(dǎo)電膠的體電阻率；將納米銀線和納米銀顆粒的混合物引入到導(dǎo)電膠中，除了納米銀顆粒的作用外，納米銀線能在片狀銀粉表面起著搭橋作用，形成了新的導(dǎo)電通道。這兩種方式共同作用，能夠進(jìn)一步降低導(dǎo)電銀膠的體電阻率。
　　 引入不同形貌的納

10、米銀，用于改善LiFePO4 正極材料的導(dǎo)電性。納米銀線能夠分散于電極片的表面和內(nèi)部，分別起著降低接觸電阻和形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的作用。在不同的倍率下，LiFePO4/Ag nanowires 正極材料的放電容量都較LiFePO4 正極材料高。尤其在0.2 C 充放電時(shí)，LiFePO4/Ag nanowires 正極材料的放電容量達(dá)到了～150mAhg-1；納米銀盤在電極片的表面能夠降低接觸電阻；在電極片的的內(nèi)部，可作為不同LiFePO4 顆粒