纳米级过氧化银的化学制法及其表征

王彦

摘   要：纳米级过氧化银，其实是一种纳米材料。这种材料的粒径非常小，在1～100 nm。根据相关的理论研究，当某种材料达到纳米级时，也就意味着这种材料的基本物理性能和化学性能都发生了很大的变化。因此，相对于传统的材料来说，这种材料的性质也比较独特。如今，这种材料在化工领域、光电子学领域等多种领域中，都得到了十分广泛的应用。以纳米级过氧化银为例，探讨了这种材料的化学制法和表征。

关键词：纳米材料;纳米级过氧化银;化学制法

从实质上来说，纳米级过氧化银，其实是一种带隙接近1.2 eV的P型半导体。如今，这种材料在摄影器材、电池中的阳极材料以及光学储存器等方面，都得到了十分广泛的运用。并且，作为一种先进的电机材料，纳米级过氧化银也开始应用于军事、航空航天等多个领域当中。这种材料具有多种优势。但是，这种材料的制备比较复杂。如今，如何才能够高效、快速地制备出这种材料，已经成为一项研究热点。

1    纳米级过氧化银

从实质上来说，过氧化银其实是一种十分特殊的材料。而且，这种材料不仅具有十分独特的电化学特性、光化学性质，还具有抗菌性能和强氧化性。也正是因为具备这些性质，这种材料的应用范围十分广泛，例如高比率蓄电池、高性能抗菌材料等。并且，这种材料的发展空间也非常大[1]。

但是，从另外一个角度来看，由于纳米级过氧化银的粒径很小，存在较大的比表面积，在性能方面也会有一定的改变。而且，纳米级过氧化银的制备十分困难。因此，在现实社会中，如何才可以更加高效、快速地制备出这种高纯度的粉体，是相关专家十分关注的重点，也是一项研究热点。根据相关的研究，过氧化银的纯度越高，该材料粉体的粒径就会越小。用这种纯度较高的过氧化银制成的高比率蓄电池往往在放电性能方面更具优势，用这种粉体制成的抗菌材料，抗菌性能也更好[2]。

在实际情况下，制备纳米级过氧化银粉体的方法主要有3种，其一是电化学法，其二是溅射法，其三是化学法。具体来说，使用电化学法来制备纳米级过氧化银粉体，制备的速率比较慢，所得到的粉体纯度也不够高，会存在较多的杂质。若使用溅射法，那么又会对相关的设备提出较高的要求。不过，通过这种方法制备出来的纳米级过氧化银粉体具有较高的纯度，可以用于制备纳米过氧化银薄膜。化学法的制备，需要的实验条件比较复杂，但是用在工业化生产中很适合。使用这种方法，可以通过控制具体的实验条件来提高过氧化银粉体的纯度，确保实验的精准性。

2    纳米级过氧化银的化学制法

2.1  准备制作原料与工具

在制作纳米级过氧化银的过程中，需要用到的材料较多，例如碳酸银、稀硝酸、碘化钾、过硫酸钠、稀硝酸以及稀盐酸和去离子水等。

用到的工具包括烧杯、玻璃棒、滴管等。除此之外，针对过氧化银粒子晶型结构的测试，还使用了辽宁丹东方圆DX-2000型X射线衍射仪，测试所用靶材为铜。然后，将这一设备收集到的图形与标准谱图进行对比，再根据对比情况标定各组成相。利用场发射扫描电子显微镜观察试样的形貌和粒径。

2.2  制备机理

在制备纳米级过氧化银时，所包含的反应原理为：先通过碳酸银与硝酸的反应制取硝酸银溶液。然后，将硝酸银、过硫酸钠以及氢氧化钠置于碱性环境下，反应生成过氧化银粉体。在这个反应过程中，涉及的反应方程式有：

（1）Ag2CO3+2HNO3→2AgNO3+CO2↑+H2O;

（2）2AgNO3+2NaOH→Ag2O↓+2NaNO3+H2O;

（3）Ag2O+Na2S2O8+2NaOH→2AgO↓+2Na2SO4+H2O[3]。

2.3  制备工艺

在此次实验中，纳米级过氧化银粉体制备工艺包括以下几个步骤：

（1）先配制稀硝酸溶液，将浓度控制在0.2 mol/L。再配制氢氧化钠溶液，将浓度控制在5 mol/L，这两种溶液备用。然后，在烧杯中放入1.38 g（0.005 mol）的碳酸银粉末，再向其中加入适量提前配制好的稀硝酸溶液，直到碳酸银恰好完全溶解时停止。在这时，得到的硝酸银溶液浓度大约为0.2 mol/L。但是，在该溶液中，还混有少量的稀硝酸固体。

（2）准备一个容积为500 mL的烧杯，先向其中注入150 mL的去离子水。然后，向其中倒入2.38 g（0.01 mol）的过硫酸钠，搅拌均匀。再往烧杯中加入0.174 g十二烷基苯磺酸钠，继续搅拌。

（3）用恒温水浴装置加热烧杯，直到烧杯溶液温度达到60 ℃。当溶液温度升至50 ℃时，加入适量的氢氧化钠溶液，将溶液的pH调至12.50。然后，以2.5 mL/min的滴定速度往烧杯里面滴加硝酸银溶液和氢氧化钠溶液，将溶液的pH控制在12.50。完成之后，继续恒温搅拌10～30 min。

（4）当烧杯中的溶液反应完全后，过滤反应产物，并且冲洗至滤液呈中性。

（5）将反应沉淀物放在80 ℃的真空干燥箱中干燥24 h。然后，便可以得到纳米级过氧化银粉体。

3    实验过程分析

3.1  控制过硫酸钠与硝酸银物质的量之比很关键

从上述实验的原理可以知道，过硫酸钠与硝酸银的添加比例会对反应产物造成影响。在该反应中，反应物过硫酸钠是一种强氧化剂，而反应产物过氧化银也具有氧化性[4]。所以，这两种物质的配比也会影响高价氧化銀的产量。

3.2  反应体系酸碱性的控制很关键

从上述实验的反应原理可以知道，在制备纳米级过氧化银的过程中，需要严格地控制反应环境，整个化学反应都需要在碱性环境下进行。并且，根据相关的研究，在制备纳米级过氧化银的过程中，当反应体系的pH<13.00时，所得到的粉体中过氧化银的质量浓度就会较低。因为，氢氧化钠的用量少，那么就很难将实验过程中产生的硫酸中和，整个反应环境为酸性，生成的过氧化银会与硫酸发生反应，从而导致过氧化银的质量浓度比较低。当反应体系的pH≥13.00时，所得到的粉体中过氧化银的质量浓度就会大大提高[5]。所以，在实验过程中，需要将反应体系的pH控制在13.00以上。

3.3  控制反应温度很关键

根据相关的研究，温度对于过氧化银的形成来说，具有十分明显的影响。在反应过程中，如果温度比较低，就很不利于过氧化银的形成，反而会生成很多氧化银。如果温度比较高，过氧化银就会溶解，从而导致过氧化银先转化为氧化银，然后转化成银。因此，在制备纳米级过氧化银的过程中，需要严格地控制反应温度。根据相关的研究，在反应温度为60 ℃时，制得的粉体中过氧化银的质量浓度最高。因此，在制备的过程中，应当将60 ℃定为最佳的反应温度。

3.4  控制反应时间很关键

从实质上来说，纳米粉体通常具有独特的纳米效应。在具体的应用过程中，其所具有的纳米效应是否可以得到体现，通常与粉体微粒的团聚粒径大小有关。在具体情况下，这种团聚粒子粒径甚至可以达到一次粒径的几倍、几十倍，甚至是上百倍。因此，在制备纳米级过氧化银的过程中，如何控制纳米粉体的聚集状况，也是需要考虑的重要问题。根据相关的研究，在制备纳米级过氧化银的过程中，随着反应时间的延长，粉体二次团聚粒径也会逐渐增大。粒子的聚集，也会使得粒径随之增大。因此，在这种情况下，反应时间过短也无法控制晶体的生长。所以，可以将反应时间控制在30 min。

3.5  XRD分析

X射线衍射（X-Ray Diffraction，XRD）指借助X射线在样品晶体中的衍射现象来分析材料的晶体参数、结构以及质量浓度等内容的方法。并且，这种方法的分析精度比较高。在制备纳米级过氧化银之后，直接可以利用XRD来对反应生成的粉体中的物相组成进行表征分析，可以得出过氧化银的质量浓度、形貌以及具体的粒径。

4    实验结论

在上述实验中，从纳米级过氧化银粉末的制备全过程中，可以得到以下几个结论：

（1）在溶液的加入过程中，当过硫酸钠与硝酸银物质的量比为1∶1时，过氧化银在粉体中的质量浓度是最高的。纳米级过氧化银粉体的制备反应通常都需要在氧化的环境中进行。因此，反应中滴加的过硫酸钠溶液也应当适当过量，但是不能添加太多。否则，就很有可能生成硫酸银，从而导致过氧化银的质量浓度下降。

（2）在制备纳米级过氧化银的过程中，随着反应溶液pH的升高，得到的粉体中过氧化银的质量浓度也会逐渐增长。不过，增长的速度比较缓慢。当pH=13.40时，过氧化银的质量浓度达到最高。

（3）在温度不断升高的过程中，溶液中的反应速度也在不断加快。并且，在温度比较低的情况下，所生成的中间产物也比较多。

（4）无论反应时间过短还是过长，都对该反应不利，对晶粒的生长也是不利的。在反应时间不断延长的背景下，粉体二次团聚粒径也会随之增大。这样一来，其比表面积就会减小。这对于纳米材料特定功能的发挥是十分不利的。因此，将反应时间控制在30 min比较合理。

（5）在制备纳米级过氧化银的过程中，表面活性剂的添加量并不会在很大程度上影响粉体中过氧化银的质量浓度。但是，却会在很大程度上影响纳米级过氧化银粉体的微观形貌及粒径。所以，在制备过程中，也需要严格地控制表面活性剂的添加量。

（6）总体来说，在制备纳米级过氧化银时，最佳反应条件为：pH=13.40，过硫酸钠与硝酸银物质的量比为1∶1，反應温度需要控制在60 ℃，而具体的反应时间则需要控制在30 min。

5    结语

针对纳米级过氧化银的制备，通常需要严格地控制相关的实验条件，例如原料之间的比例、反应的酸碱性、反应时间以及反应温度等。只有充分地控制好了这些因素，才能获得较高的过氧化银质量浓度，并且使得过氧化银粉体的纳米性能得到充分发挥。

[参考文献]

[1]周洋洋.高比容量过氧化银电极制备和电性能研究[J].电源技术，2019，43（10）：1 699-1 700，1 721.

[2]李 梦，刘亚飞，赵 欣，等.超细至纳米级过氧化银的化学制法及其表征[J].新技术新工艺，2018（4）：23-27.

[3]肖 阳，刁 平.过氧化银电极制备和电性能研究[J].电源技术，2017，41（7）：1 017-1 019.

[4]刘延东，刘孟峰.聚乙烯醇对过氧化银电极分解和电性能的影响[J].电源技术，2015，39（7）：1 490-1 492.

[5]刘 瑛，林 沛.银粉形貌对其氧化物倍率性能的影响研究[J].电源技术，2014，38（10）：1 864-1 865，1 948.