表面活性劑對銅溶膠合成影響的研究

王　澍，陶曉林，王　杰

（黃山學院 化學化工學院，安徽 黃山245041）

表面活性劑對銅溶膠合成影響的研究

王澍，陶曉林，王杰

（黃山學院 化學化工學院，安徽 黃山245041）

利用不同的表面活性劑合成銅溶膠，并研究表面活性劑種類、濃度對銅溶膠合成的影響。結果表明，當表面活性劑濃度處于臨界膠束濃度附近時，合成銅溶膠的尺寸最小，粒子分散度最好。

表面活性劑；銅溶膠；臨界膠束濃度

表面活性劑的應用領域現在主要包括日用化學工業、農業、石油、紡織、新型材料等方面［1］，具有一系列物理化學作用及相應的實際應用［2］，如潤濕、乳化或破乳、洗滌、起泡或消泡以及增溶、抗靜電等。近年的研究表明，利用表面活性劑可以合成尺寸、性能可控的金屬溶膠［3，4］。而金屬溶膠由于其在光學材料［5］、光催化［6，7］、微電極反應、貴金屬漿料［8，9］、生物工程及醫藥［10］、催化工業［11］和微電子工業［12］等方面的應用而令人矚目。由于其光學、催化活性［13-16］等性能強烈依賴于金屬溶膠的尺寸和形態，所以很多學者致力于各種可控形貌的金屬溶膠的合成。但前人的研究更多是通過對金屬前驅體進行改造［3，17］以及反應體系酸堿環境的控制［17，18］得到各種可控形貌的金屬溶膠，而對于制備過程中來自表面活性劑的各種影響因素如表面活性劑種類、用量等方面的研究卻少見。本文擬采用不同類型的表面活性劑合成銅溶膠，并研究其種類、濃度對合成的銅溶膠尺寸、分散度等方面的影響。

1　實驗部分

1.1實驗用試劑

聚乙二醇2000（PEG2000）（CP），國藥集團化學試劑有限公司；

聚乙烯吡咯烷酮（PVP）K值（27.0-32.4），國藥集團化學試劑有限公司；

十六烷基三甲基氯化銨（CTAB）（AR），天津市博迪化工有限公司；

十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）（CP），上海凌峰化學試劑有限公司；

硝酸銅（AR），國藥集團化學試劑有限公司；

抗壞血酸（AR），國藥集團化學試劑有限公司；

30%雙氧水（AR），NaBH4，上海山浦化工有限公司；

實驗用水為三重蒸餾水。

1.2表面活性劑臨界膠束濃度（CMC）的測定

依次配制一系列濃度的聚乙二醇2000 （PEG2000）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、十六烷基三甲基氯化銨（CTAB）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）的溶液，測定其表面張力，利用各表面活性劑的表面張力-濃度圖來確定臨界膠束濃度（CMC）。

1.3銅溶膠的合成及性能表征

依次以上述濃度的4種表面活性劑為保護劑，濃度為1.0×10-3mol·L-1的Cu（NO3）2溶液為前驅體，使用0.355mol·L-1的抗壞血酸（VC）溶液為還原劑以合成銅溶膠。

使用DynaPro-MS800對合成的銅溶膠依次進行粒子流體動力學半徑和分散度的檢測。

2　結果和討論

2.1表面活性劑臨界膠束濃度（CMC）的測定

圖1　25℃下4種表面活性劑不同濃度溶液的表面張力

圖1給出了25℃下4種表面活性劑不同濃度溶液的表面張力，將曲線轉折點兩側的直線部分外延，相交點的濃度即為該條件下此表面活性劑的臨界膠束濃度。上述4種表面活性劑25℃時的臨界膠束濃度匯總于表1。

表1　25℃下4種表面活性劑的臨界膠束濃度

2.2銅溶膠的DLS表征

表2-表5分別給出了使用不同濃度的PEG2000、PVP、CTAB、SDBS 4種表面活性劑制備的銅溶膠的動態光散射光譜數據。可以看出，使用陰離子表面活性劑SDBS制備的銅溶膠的平均尺寸最小，均一性也最好，使用陽離子表面活性劑CTAB制備的銅溶膠的平均尺寸最大，均一性也最差，非離子型表面活性劑PEG2000、PVP則介于兩者之間；同時，使用4種表面活性劑制備的銅溶膠的平均尺寸和均一性均很強地依賴其表面活性劑的濃度。即在表面活性劑臨界膠束濃度以下，隨著表面活性劑濃度的增大，制備的銅溶膠的平均尺寸逐漸減小，尺寸分布也逐漸均一；而在表面活性劑臨界膠束濃度以上，則正好相反，隨著表面活性劑濃度的增大，制備的銅溶膠的平均尺寸逐漸增大，均一也逐漸變差。

表2　不同濃度PEG2000制備的銅溶膠的動態光散射光譜數據

表3　不同濃度PVP制備的銅溶膠的動態光散射光譜數據

表4　不同濃度CTAB制備的銅溶膠的動態光散射光譜數據

表5　不同濃度SDBS制備的銅溶膠的動態光散射光譜數據

3結　論

綜上所述，我們發現當使用表面活性劑制備金屬溶膠時，可以根據使用的前驅體的種類，通過調整表面活性劑的種類、濃度以合成尺寸及均一度均可控的金屬溶膠。為今后科研工作者合成各種可控形貌的金屬溶膠提供了一種簡單高效、價格低廉的新方法。

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責任編輯：胡德明

Research on the Influence of Surfactants on the Synthesis of Copper Colloids

Wang Shu，Tao Xiaolin，Wang Jie
（School of Chemistry and Chemical Engineering，Huangshan University，Huangshan 245041，China）

In the paper，copper colloids are synthesized using different surfactants，and the influences of the type and concentration of the surfactants on the synthesis of copper colloids are explored.The results show that copper colloids exhibit the smallest size and the best dispersion when the concentration of the surfactants are near the critical micelle concentration.

surfactant；copper colloid；critical micelle concentration

O648.16

A

1672-447X（2016）03-0033-003

2016-01-10

安徽省大學生創新創業訓練計劃項目（AH201310375051）；黃山學院自然科學研究項目（2011xkj014）。

王澍（1979-），安徽歙縣人，黃山學院化學化工學院講師，研究方向為天然產物提取與納米催化。