磁性纳米复合粒子Ag@Fe2 O3的制备及表征

邓祥，杨杨，赵军，何杰，邹贵梅，黄小梅

(四川文理学院 化学化工学院，四川 达州 635000)

纳米复合材料是近年来备受关注的一类新型多功能材料［1］，通过对裸核粒子进行包裹，大大提高核粒子的分散性和稳定性，改变或增强其原有性能，为开发纳米材料多功能性的潜在应用价值提供良好的基础［2］。近年来，在纳米材料领域，Ag 纳米粒子得到了广泛研究［3］。银纳米粒子具有良好的生物兼容性、很强的杀菌能力和表面易于修饰等优点，能够应用于医用材料、抗菌材料、生物分离纯化和生物标记等方面［4］。此外，Fe2O3纳米粒子是一种性能优良的磁性材料，由于其独特的性能在材料、医药、生物等领域得到了广泛的应用［5-7］，同时不同结构的Fe2O3纳米材料的制备方法也成为大家研究的热点［8-10］。研究表明，Fe2O3纳米粒子具有较好的光、电催化性能［11］。因此，Ag 纳米粒子采用Fe2O3磁性纳米粒子进行表面修饰制备成磁性复合纳米材料，可以应用于生物医学的很多领域，比如造影成像、临床诊断、生物标记、药物和酶的固定化以及分离等领域。

目前，有关Co/Au 复合纳米粒子［12］、Fe3O4/Au和Fe3O4/Au/Ag 复合纳米粒子［13］、Fe3O4/聚苯胺/Au 磁性纳米复合材料［14］的制备已有报道。但是，有关Ag/Fe2O3纳米复合粒子的报道很少，特别是Ag@Fe2O3纳米复合粒子的合成。本文主要介绍了一种合成Ag@Fe2O3磁性复合纳米粒子的方法，并对反应温度、反应时间和原料用量实验条件进行了优化。在本实验中Ag@Fe2O3磁性复合纳米粒子的产率较高，有望应用于光电催化、生物医药等领域。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

三乙酰丙酮铁(98%)、油胺(80% ～90%)、十六醇(98%)、油酸、硝酸银、正己烷、乙醇等均为分析纯;实验用水均为超纯水。

TECNAI 10 透射电子显微镜;FA1024N 型电子分析天平;SB-120DTN 超声波清洗机;TG20-WS 型离心机;UV-2550 型紫外-可见分光光度计;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器。

1.2 磁性纳米复合粒子Ag@Fe2O3 的制备

在50 mL 的三颈烧瓶中分别加入0.5 mL 油酸、0.5 mL 油胺和5 mL 十六醇，混合物在搅拌条件下加热到220 ℃后，然后加入51 mg 硝酸银(AgNO3)，反应1 h，冷却到160 ℃，向混合物中加入160 mg 乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)反应2 h，再冷却到室温，加入乙醇洗涤，离心收集，最后用乙醇和正己烷洗涤2 ～3 次，离心收集，最后产品分散于正己烷中保存。制备过程见图1。

图1 Ag@Fe2O3 的制备过程Fig.1 The preparation process of Ag@Fe2O3 composite nanoparticles

2 结果与讨论

2.1 TEM 表征

Ag 纳米粒子和Ag@ Fe2O3纳米复合粒子用TEM 进行表征，见图2。

图2 Ag 纳米粒子(A)和Ag@Fe2O3 纳米复合粒子(B)的TEM 照片Fig.2 TEM images of Ag nanoparticles(A)and Ag@Fe2O3 composite nanoparticles(B)

2.2 反应温度的优化

在一定溶剂用量和0.3 mol AgNO3情况下，反应时间为1 h，讨论了反应温度对Ag 纳米粒子产率的影响，同时在0.3 mol 乙酰丙酮铁条件下，反应时间为1 h，讨论了第二步反应中反应温度对Ag@Fe2O3纳米复合粒子的影响，结果见图3、图4。

图4 反应温度对Ag@Fe2O3 纳米复合粒子产率的影响Fig.4 The effect of reaction temperature on Ag@Fe2O3 composite nanoparticles yield

由图3、图4 可知，在反应时间相同的条件下，第一步在反应温度为220 ℃时，产率为92%，第二步反应温度在160 ℃时，其产率达到75%，比其它温度条件下的效果好。

2.3 反应时间的优化

在一定溶剂用量和0.3 mol AgNO3情况下，反应温度为220 ℃，讨论了反应时间对Ag 纳米粒子产率的影响，同时在0.3 mol 乙酰丙酮铁条件下，反应温度为160 ℃，讨论了第二步反应中反应时间对Ag@Fe2O3纳米复合粒子的影响，结果见图5、图6。

由图5、图6 可知，在反应温度恒定的情况下，两步反应的产率都随着反应时间的增加而增大，当反应达到完全时，产率不再增加。因此，第一步反应的最佳时间为1 h，第二步反应的最佳时间为2 h。

图5 反应时间对Ag 纳米粒子产率的影响Fig.5 The effect of reaction time on Ag nanoparticles yield

图6 反应时间对Ag@Fe2O3 纳米复合粒子产率的影响Fig.6 The effect of reaction time on Ag@Fe2O3 composite nanoparticles yield

2.4 原料用量的优化

在溶剂用量、反应时间和反应温度都确定的条件下，讨论了原料AgNO3和Fe(acac)3的用量对Ag@Fe2O3纳米复合粒子的影响，结果见图7。

图7 原料用量的影响Fig.7 The effect of the amount of raw materials on yield

由图7 可知，反应产物的产率随着Fe(acac)3用量的增加而增大，说明反应过程中需要Fe(acac)3过量，当AgNO3/Fe(acac)3的物质的量之比达到1 ∶1.5 后，其产率不再增加，达到最大值84%。

3 结论

以油酸、油胺和十六醇作溶剂，实现了Ag@Fe2O3磁性纳米复合粒子的制备，并对反应温度、反应时间和原料用量实验条件进行了优化，得到了较好的实验效果。该合成方法简单、成本较低，为系列磁性纳米复合粒子的制备提供了实验依据。可以预测，磁性纳米复合粒子也将作为一种低成本的纳米材料应用于材料、电化学分析、光催化和生物成像等领域，具有广阔的应用前景。

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