一鍋煮法合成Ag@C@Ag納米顆粒及其表征

程生斌

摘 要：采用簡單快捷的方法，一鍋煮水熱法合成Ag@C@Ag核殼納米顆粒。實驗驗證表明，基于硝酸銀（AgNO3）、葡萄糖（C6H12O6）以及聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水熱法可以一鍋法合成Ag@C@Ag核殼納米顆粒。在一鍋法合成中，葡萄糖被用作還原劑，與Ag+反應(yīng)，并作為碳殼的來源。競爭性分子聚乙烯基吡咯烷酮的存在能夠緩解炭化過程，使其結(jié)合到碳質(zhì)殼中，使碳質(zhì)殼無色。通過在潮濕的大氣中逐漸蒸發(fā)溶劑，單分散納米顆粒可以自組裝成陣列。采用透射電子顯微鏡（TEM、HRTEM）和X射線衍射（XRD）對Ag@C@Ag納米顆粒形貌與成分進行表征，納米顆粒為球形三層核殼結(jié)構(gòu)，直徑約為l35nm左右，并且最外層Ag納米顆粒為8nm左右，在光催化、光電、光熱治療等方面將會有很大的前景。

關(guān)鍵詞：Ag@C@Ag納米顆粒 硝酸銀 聚乙烯吡咯烷酮 一鍋法

眾所周知，核殼結(jié)構(gòu)具有與單核截然不同的化學(xué)與物理性質(zhì)（如光電、光熱等），如Ag@C，Au@C， Au@C@Pt，Ag@SiO2，等由于其不同組分的可調(diào)性導(dǎo)致其可調(diào)的化學(xué)和物理性質(zhì)而引起廣泛的關(guān)注[1-2]。特別是這些納米結(jié)構(gòu)通常表現(xiàn)出組分依賴和相互作用的性質(zhì)，因此是開發(fā)具有高活性的催化劑等的重要結(jié)構(gòu)。另外這些Ag@C@Ag核殼納米粒子具有親水性、有機基團負載表面和獨特的光學(xué)性質(zhì)，表明它們在光學(xué)納米器件和生物化學(xué)中有著廣闊的應(yīng)用前景。本研究開發(fā)了一種簡潔的一鍋煮水熱法，利用葡萄糖和硝酸銀水熱法合成Ag@C@Ag納米顆粒，并對其形貌成分做進一步表征。

一、實驗部分

1.材料

葡萄糖（C6H12O6）、硝酸銀（AgNO3）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP 1300000），去離子水，純度均為分析純級，購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司，所有試劑均不經(jīng)進一步提純即使用。

2.納米顆粒的制備

在典型的程序中，利用葡萄糖水熱條件下制備Ag@C@Ag納米顆粒[3-4]。即將葡萄糖（3.5g）分散在去離子水中（80ml）形成一種澄清溶液。將2.5 ml AgNO3水溶液（0.25M）逐滴加入上述溶液中進行劇烈攪拌。連續(xù)攪拌1h后，將溶液轉(zhuǎn)移到50毫升高溫高壓釜中，在180℃下保持6小時，其中升溫速度為1℃/min，然后在空氣中自然冷卻至室溫。成的濃懸浮體為正己基棕褐色，即使在沒有表面活性劑的情況下儲存2天后，這種懸浮體仍然保持穩(wěn)定。將最終產(chǎn)物從反應(yīng)介質(zhì)中3800r/min離心分離，分離時間為30分鐘，需要在去離子水中和丙酮中進行三次離心/洗滌/再分散程序在80℃烘箱干燥8小時。

3.納米顆粒的表征

用H-7650C透射電鏡（TEM）觀察制備的Ag@C@Ag納米顆粒的形貌和尺寸。在200kV下運行JEM-3010透射電子顯微鏡獲得了高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）圖像。采用X射線衍射（XRD）（D8 Advance）和鎳過濾銅kA輻射（λ=0.15406 nm）進行了相鑒別。

二、結(jié)果與討論

1.Ag@C@Ag納米顆粒的形貌表征分析

Ag@C@Ag納米顆粒TEM顯示，顆粒形狀均一單分散呈球形，尺寸為135nm左右，碳層厚度約12.5nm左右; HRTEM清晰地表明外層Ag顆粒的規(guī)格以及晶格（0.21nm），表明外層為Ag納米顆粒，大小約為8nm左右。在高壓滅菌和加熱至180℃的條件下，AgNO3被葡萄糖和Ag納米粒子還原。這些納米粒子是聚合的（～80納米），并逐漸分散在溶液中，暴露在外面的反應(yīng)性表面，在葡萄糖的碳化后，對AgNO3進行催化使得銀納米顆粒表面周圍形成的含碳產(chǎn)物。

2.Ag@C@Ag納米顆粒的成分表征分析

Ag@C@Ag微球的X射線衍射（XRD）圖顯示，在2θ 分 別為38.11°、44.21°、64.51°和77.31°處出現(xiàn)四個尖銳的衍射峰，證實了面心立方Ag（JCPDS No.04-0783）晶體相的存在，而非晶碳不產(chǎn)生衍射峰。與此同時，屬于無定形碳的吸收峰（2θ=10°～35°）依然存在，表明Ag@C@Ag復(fù)合物的成功合成。Ag@C@Ag負載 Ag納米顆粒之后，Ag的衍射峰強度較Ag@C核殼結(jié)構(gòu)顯著增強，這是因為產(chǎn)物中 Ag含量的增加。

結(jié)語

本研究提供了一種新穎簡單的一步法水熱合成Ag@C@Ag核殼納米顆粒的通用方法。基于葡萄糖、硝酸銀與PVP一步法合成的Ag@C@Ag核殼納米顆粒具有形貌良好的三層結(jié)構(gòu)，以水葡萄糖溶液為原料，通過硝酸銀的偶合反應(yīng)和催化碳化，成功地合成了Ag@C納米球。系統(tǒng)地研究了決定光學(xué)性質(zhì)和官能團的參數(shù)，形成了納米顆粒，并將其轉(zhuǎn)化為空心膠囊，自組裝成陣列，為未來納米器件的制造提供了新的機遇。

參考文獻

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