一种单分散高催化性能溶液态银纳米颗粒的合成方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种单分散高催化性能溶液态银纳米颗粒的合成方法和应用。首先合成溴化二氧化硅纳米颗粒、SiO

Synthesis method and application of monodisperse, high catalytic performance solution silver nanoparticles

The invention relates to a synthesis method and application of monodisperse, high catalytic performance solution silver nanoparticles. First, synthetic silica nanoparticles and SiO were synthesized

【技术实现步骤摘要】
一种单分散高催化性能溶液态银纳米颗粒的合成方法和应用
本专利技术涉及单分散高性能溶液态银纳米颗粒的合成和应用，属于纳米材料的制备
中的贵金属纳米体系制备领域；特别是涉及一种单分散高催化性能溶液态银纳米颗粒的合成方法和应用。
技术介绍
银纳米颗粒由于其独特的物理化学特性，已被广泛研究并应用于催化、生物探针、比色检测和分子识别等领域。例如，银纳米颗粒可以作为催化剂催化对硝基苯酚的还原反应。硝基复合物是常见的农药和染料合成过程中的副产物，可导致严重的环境污染。然而，将其还原生成的氨基复合物是非常重要的化工医药中间体。因此，银纳米颗粒可以将有毒物质对硝基苯酚催化还原为重要的化工医药中间体对氨基苯酚。其催化性能和其纳米尺寸直接相关。然而，纳米尺寸也导致银纳米颗粒的高表面能和聚集，从而限制其应用。因此，现有银纳米颗粒的合成方法，比如紫外辐射、微波辐射、化学还原、光化学、气溶胶合成、湿化学技术和喷溅涂覆法等，通常需要各种支持物和保护剂。研究开发无需保护剂和支持物的银纳米颗粒制备方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种单分散高催化性能溶液态银纳米颗粒的合成方法和应用。通过ATRP方法合成二氧化硅-【2-(2-溴异丁氧基)甲基丙烯酸乙酯】-聚丙烯酰胺(以下简称为SiO2-BIEM-PAM)纳米颗粒。利用硝酸银作为银离子供体，硼氢化钠作为还原剂，在SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒水溶液中合成银纳米颗粒，通过离心分离获得溶液态银纳米颗粒。将所得银纳颗粒应用于催化对硝基苯酚的还原反应。透射电镜、能谱图、紫外分光光度计测定、动态光散射实验和催化实验证实所得溶液态银纳米颗粒具有单分散性、高催化性能和很好的稳定性。本专利技术的技术方案如下：一种单分散高催化性能溶液态银纳米颗粒的制备方法，其步骤如下：(1)溴化二氧化硅纳米颗粒合成；(2)SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒合成；(3)以硝酸银作为银离子供体，硼氢化钠作为还原剂在SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒的水溶液中合成银纳米颗粒；(4)通过离心去除混合溶液中的SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒，得到溶液态银纳米颗粒。所述步骤(1)的方法如下：依次加入氨化二氧化硅、三乙胺和四氢呋喃搅拌；冰浴下搅拌15～30min，然后利用恒压滴定漏斗加入2-溴异丁酰溴和四氢呋喃的混合溶液，调节恒压漏斗活塞使漏斗内的溶液在30～50min内滴完，密封；混合液于冰浴中搅拌2～3h，随后将体系置于30℃水浴中反应；将反应物取出离心洗涤获得溴化二氧化硅纳米颗粒。优选氨化二氧化硅、三乙胺和四氢呋喃质量比为0.08～0.2:0.02～0.4:1；2-溴异丁酰溴和四氢呋喃的质量比为0.6～1:1。所述步骤(2)的方法如下：依次加入溴化二氧化硅纳米颗粒、甲醇和水，随后向溶液中加入2-(2-溴异丁氧基)甲基丙烯酸乙酯搅拌、超声2～3min；然后依次向溶液中加入丙烯酰胺、溴化铜和N,N,N',N,'N”-五甲基二亚乙基三胺搅拌、超声5～10min；通氮气30～50min，加入溴化亚铜，继续通氮气30～50min；密封置于30℃的水浴中反应；产品离心分离，获得SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒。优选溴化二氧化硅和水的质量比为0.02～0.15:1，甲醇和水的质量比为2.1～4.0:1；2-(2-溴异丁氧基)甲基丙烯酸乙酯与溴化二氧化硅的质量比为0.1～1:1；丙烯酰胺与N,N,N',N,'N”-五甲基二亚乙基三胺的质量比为2～5:1，溴化铜和溴化亚铜的质量比为0.1～1:1。所述步骤(3)的方法如下：取制备好的SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒分散于过膜水中，控制SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒和过膜水的质量比例为0.1～1.5:1；然后向体系中加入硝酸银水溶液，并使SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒和硝酸银的质量比为110～300:1，在室温下搅拌3～5h；然后在搅拌的条件下加入硼氢化钠水溶液，并使所加入的硼氢化钠与硝酸银的质量比为1～120:1，持续搅拌3～5h。优选硝酸银水溶液浓度为0.1～10mM；硼氢化钠水溶液浓度为0.01～1M。所述步骤(4)的方法如下：取步骤(3)所得混合物通过离心去除沉淀物，获得溶液态银纳米颗粒。本专利技术制备的单分散高催化性能溶液态银纳米颗粒，纳米颗粒为单分散的球形结构，颗粒尺寸为1.0～10.0nm；应用于催化对硝基苯酚还原为对氨基苯酚的反应中，所得归一化反应速率高于0.8L.mg-1.s-1，证实其高催化性能；在4℃的条件下保存2个月后，利用马尔文粒度分析仪测得其PDI为0.8，其催化性能保持高于85％。本专利技术的银纳米颗粒适用于催化对硝基苯酚还原为对氨基苯酚的应用。本专利技术的银纳米颗粒作为催化剂和环境修复剂方面的应用。本专利技术的银纳米颗粒适用于生物医学领域的应用。本专利技术的银纳米颗粒合成方法适用于通过纳米颗粒辅助获得稳定金属纳米颗粒以及探究超微金属纳米颗粒合成的应用。本专利技术的有益效果：通过辅助物SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒合成获得单分散的溶液态银纳米颗粒，颗粒尺寸为1.0～10.0nm，无需支持物和保护剂。所合成溶液态银纳米颗粒应用于催化对硝基苯酚还原为对氨基苯酚的反应中，表现出高催化性能，所得归一化反应速率高于0.8L.mg-1.s-1，优于文献报道数据。且在4℃的条件保存2个月后其催化性能保持高于85％，利用马尔文粒度分析仪测得其PDI为0.8。因此，本专利技术已合成单分散溶液态银纳米颗粒并证实其具有高催化性能和很好的稳定性。将所得银纳米颗粒应用于催化对硝基苯酚还原为对氨基苯酚，可以将有毒污染物变成重要的化工医药中间体。附图说明图1：本专利技术合成的SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒的合成机理图。其中圆球指二氧化硅纳米颗粒。图2：本专利技术合成的银纳米颗粒的电镜图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细描述，该实施例是用于解释、而不以任何方式限制本专利技术。本专利技术所述单分散高催化性能溶液态银纳米颗粒的合成方法和应用的技术方案概述如下：本专利技术的溶液态银纳米颗粒的制备合成概述如下：(1)溴化二氧化硅纳米颗粒合成；(2)SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒合成；(3)以硝酸银作为银离子供体，硼氢化钠作为还原剂在SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒的水溶液中合成银纳米颗粒；(4)通过离心去除混合溶液中的SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒，得到溶液态银纳米颗粒。具体优选各步骤如下，但不局限于此，凡是达到本专利技术目的的方法，都使用本专利技术。所述步骤(1)的方法如下：取氨化二氧化硅纳米颗粒并用四氢呋喃洗涤3～5次；依次加入氨化二氧化硅、三乙胺和四氢呋喃，且氨化的二氧化硅和四氢呋喃的质量比控制在0.08～0.2:1，三乙胺和四氢呋喃的质量比控制在0.02～0.4:1，搅拌30～50min；冰浴下搅拌15～30min，然后利用恒压滴定漏斗加入2-溴异丁酰溴和四氢呋喃的混合溶液，其中2-溴异丁酰溴和四氢呋喃的质量比控制在0.6～1:1，调节恒压漏斗活塞使漏斗内的溶液在30～50min内滴完，烧瓶密封；混合液于冰浴中搅拌2～3h，随后将体系置于30℃水浴中反应20～30h；结束后，将反应物取出离心洗涤，依次用四氢呋喃洗3～5次、乙醇洗3～5次、水洗3～5次及甲醇洗3～5次，获得溴化二氧化硅纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单分散高催化性能溶液态银纳米颗粒的制备方法，其特征步骤如下：(1)溴化二氧化硅纳米颗粒合成；(2)SiO

【技术特征摘要】
1.一种单分散高催化性能溶液态银纳米颗粒的制备方法，其特征步骤如下：(1)溴化二氧化硅纳米颗粒合成；(2)SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒合成；(3)以硝酸银作为银离子供体，硼氢化钠作为还原剂在SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒的水溶液中合成银纳米颗粒；(4)通过离心去除混合溶液中的SiO2-BIEM-PAM纳米颗粒，得到溶液态银纳米颗粒。2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤(1)的方法如下：依次加入氨化二氧化硅、三乙胺和四氢呋喃搅拌；冰浴下搅拌15～30min，然后利用恒压滴定漏斗加入2-溴异丁酰溴和四氢呋喃的混合溶液，调节恒压漏斗活塞使漏斗内的溶液在30～50min内滴完，密封；混合液于冰浴中搅拌2～3h，随后将体系置于30℃水浴中反应；将反应物取出离心洗涤获得溴化二氧化硅纳米颗粒。3.如权利要求2所述的方法，其特征是氨化二氧化硅、三乙胺和四氢呋喃质量比为0.08～0.2:0.02～0.4:1；2-溴异丁酰溴和四氢呋喃的质量比为0.6～1:1。4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤(2)的方法如下：依次加入溴化二氧化硅纳米颗粒、甲醇和水，随后向溶液中加入2-(2-溴异丁氧基)甲基丙烯酸乙酯，搅拌、超声2～3min；然后依次向溶液中加入丙烯酰胺、溴化铜和N,N,N',N,'N”-五甲基二亚乙基三胺搅拌、超声5～10min；通氮气30～50min，加入溴化亚铜，继续通氮气30～50min；密封置于30℃的水浴中反应；产品离...

【专利技术属性】
技术研发人员：张麟，孙彦，游粉粉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12