银纳米片的合成及紫外可见光谱分析 实验课程教改与实践

朱言宇，秦雅馨，朱黎雪，吴越(合肥师范学院化学与化学工程学院，安徽 合肥 230601)

0 引言

纳米银粒径一般在25～50 nm之间，因其表面效应、量子尺寸效应等特点，杀菌消毒能力强且抗菌持久、无耐药性，在医疗领域、绿色家具家电、纺织行业上有着广泛的应用[1-3]。如何获得性能更加稳定高效的银纳米粒子一直是高校院所、相关生产企业研究的重点[4-6]，越来越多的高校将银纳米粒子的合成引进本科生实验教学中。为了不受实验条件和场地的局限，寻找更加简便易操作的实验步骤，本文在现有实验教学内容基础上进行了一定的改革，并且探究了保护剂的种类和用量对银纳米粒子紫外光谱的影响，从而为拓宽高校本科生无机化学实验课程教学中的银纳米片的合成及紫外可见光谱分析这一实验项目教学途径提供实践基础。

1 试剂与仪器

实验主要试剂：硼氢化钠，分析纯，100 g，西陇科学股份有限公司；硝酸银，分析纯，100 g，上海试四赫维化工有限公司；聚乙烯呲咯烷酮K30，优级纯，100 g，国药集团化学试剂有限公司；二水合柠檬三钠，分析纯，500 g，国药集团化学试剂有限公司；聚乙二醇400，医药级，500 g，江西益普生；吐温80，分析纯，500 mL，天津市光复精细化工研究所；无水乙醇，分析纯，500 mL，江苏强盛功能化学股份有限公司。所有试剂均未进一步提纯，实验用水均为去离子水。

实验主要仪器及型号：电子分析天平，FA1004，上海横平仪器仪表厂；真空干燥箱，DZF-6030A，上海-恒科学仪器有限公司；数控超声波清洗器，KQ3200DE，昆山市超声仪器有限公司；紫外—可见分光光度计，UV2550，岛津(香港)有限公司。

2 实验方法

2.1 银纳米粒子的合成

平行移取1.0 mL AgNO3(0.04 mmol/L)溶液置于5支洁净干燥的试管中，迅速向每支试管中加入0.05 mL NaBH4(0.1 mol/L)水溶液，再分别移取不同体积(0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL)的保护剂置于试管中，充分震荡摇匀至保护剂完全溶解，静止，待溶液色泽均匀无气泡。每个试管的反应时间均为15 min。为了探究反应时间对银纳米粒子合成的影响，分别在反应时间为5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min时测银纳米粒子的紫外吸收光谱，实验发现当反应15 min时紫外吸收光谱中能见到明显的银纳米粒子吸收峰。反应时间延长，银纳米粒子的最大吸收波长(λmax)和吸光度(A)未有明显改变。在本科生此实验项目教学中若不探究银纳米粒子形貌，只掌握银纳米粒子的液相还原合成方法，可以将反应时间缩短为15 min。在银纳米粒子合成过程中，要注意NaBH4和保护剂的加入顺序，实验中我们发现，当先加入保护剂后加入NaBH4，不能很好地获得银纳米粒子，紫外吸收光谱中未能见到银纳米粒子的吸收峰。

2.2 不同保护剂下银纳米粒子紫外吸收光谱表征与分析

直接以银纳米粒子溶液为待测液，以去离子水为参比液，在UV-2550紫外—可见分光光度计上测定相应溶液的最大吸收波长(λmax)和吸光度(A)。图1、图2、图3、图4分别为以PEG400、PVP(0.2 mol/L(单体浓度))、吐温80、柠檬酸三钠(30 mmol/L)为保护剂的纳米银溶液在300～450 nm范围内的紫外吸收光谱图。

图1 不同PEG400体积下制备的银纳米粒子溶液的紫外—可见光谱

图2 不同PVP体积下制备的银纳米粒子溶液的紫外—可见光谱

图3 不同吐温80体积下制备的银纳米粒子溶液的紫外—可见光谱

图4 不同柠檬酸三钠体积下制备的银纳米粒子溶液的紫外—可见光谱

2.3 结果与讨论

为了探究保护剂的种类和用量对银纳米粒子紫外光谱的影响，本实验中均移取1.0 ml AgNO3(0.04 mmol/L)溶液作为金属前驱体，0.05 ml NaBH4(0.1 mol/L)水溶液作为还原剂，保护剂的用量分别为0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL，反应时间均为15 min。由图1可知，随着PEG400体积增加，对应溶液最大吸收峰位置从403 nm红移到412 nm。由图2可知，随着PVP体积增加，对应溶液最大吸收峰位置从404 nm蓝移到400 nm。由图3可知，随着吐温80体积增加，对应溶液最大吸收峰位置从410 nm蓝移到405 nm。由图4可知，随着柠檬酸三钠体积增加，对应溶液最大吸收峰位置从409 nm蓝移到406 nm。

通过以上实验得知：保护剂的种类和用量对银纳米粒子的最大吸收峰位置有着明显影响，PEG400体积增大，吸收峰发生红移，PVP、吐温80、柠檬酸三钠体积增大，吸收峰发生蓝移。实验表明，以NaBH4作为还原剂，不论使用哪种保护剂均能成功合成银纳米粒子。

3 结语

在《银纳米片的合成及紫外可见光谱分析》这一实验项目基础上，本实验以普通试管作为反应容器、反应中不加入H2O2、缩短反应时间以及所有试剂用量减小的情况下，成功合成了银纳米粒子，并探究了保护剂的种类和用量对银纳米粒子最大吸收峰位置的影响。本实验结果表明，可以在本科生此实验项目教学中简化实验装置，减少试剂用量和缩短反应时间，选用不同保护剂来合成银纳米粒子并对其进行紫外光谱分析。