苏州纳米所高产率制备单分散银纳米晶体研究获进展

近年来，由于纳米晶体的光、电、磁、热等优异性质在光电、催化和生物医学等领域的广泛应用，纳米晶体的可控制备技术受到人们的广泛关注。在众多纳米晶体中，纳米银因其广泛应用使得其可控制备尤受关注。但是到目前为止，实现高质量纳米银颗粒的简便、批量合成仍具挑战。

    最近，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王强斌课题组在纳米银的制备上取得系列进展。该组首先制备了一系列不同尺寸（25、35、45、60、70 nm）、具有较好单分散性的纳米银颗粒，并定量评价了其生物安全性（Biomaterials, 2012, 33, 1714-1721）。在此基础上，该组进一步研究发现，金属离子的氧化还原电位对纳米银的制备具有重要的影响，能够大幅提高纳米银的产量，并且粒径均一可控。该工作首先考察了不同温度下加入微量Fe³⁺与不加Fe³⁺时对产物纳米银的影响，发现微量Fe3+能有效控制纳米银的单分散性和提高纳米银的产率，在较低反应温度（120℃）时这种催化效果更明显。

    基于上述现象，研究人员提出如下机理：由于φFe³⁺/φFe²⁺ (0.78 V)略低于φAg+/Ag (0.80 V)，因此反应体系中的还原剂油胺在把Ag+还原成Ag的同时，也将Fe³⁺还原成Fe²⁺。由于Fe²⁺具有较强的还原性，能够还原溶液中的Ag⁺从而促进了银核的生成，而自身被氧化成Fe3+继续参与下一循环反应促进银纳米粒子的生成。通过此封闭循环催化体系，纳米银的产量大幅增加。

    研究进一步发现，当反应温度低至80℃时，油胺不能将Ag+还原成银纳米粒子，但加入少量的Fe3+能有效促进银纳米粒子的生成；并且其它具有较低氧化还原电位的金属离子（如Cu2+）也能促进纳米银的生成。

    相关研究论文已被Chem. Commun.在线发表(DOI: 10.1039/C2CC18152E)。

    此项工作得到中科院“百人计划”、国家自然科学基金委和科技部等的大力支持。


图1 铁催化生成银纳米粒子原理图




图2 不同温度下微量Fe³⁺对纳米银产物的影响。A：120℃加入Fe³⁺；B：160℃加入Fe³⁺；C：200℃加入Fe³⁺；D：120℃不加入Fe³⁺；E：160℃不加入Fe3+；F：200℃不加入Fe³⁺。