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活性炭上可调节生长的银纳米带
文章作者:韩研网络部 更新时间:2019-7-8 15:34:00

  银是等离子体中比较重要的材料之一。在过去人们一直在努力地调整各种银纳米结构的尺寸。然而,银纳米带尚未系统地研究以调整其尺寸以获得可控的等离子体响应。在这里,我们展示了银纳米带通过原电池反应机制在整体活性炭的上大量生长。还展示了活性炭对贵金属纳米结构的可控合成中简单方法的多功能性。

  活性炭上银纳米带的合成

  银纳米带的合成首先,约将氧化银粉末加入到含有去离子水的玻璃烧杯中以制备饱和的氢氧化银溶液(大部分氧化银留在烧杯的底部,因为氧化银仅微溶于水)。然后,将载银活性炭浸入氢氧化银溶液中48小时以合成银纳米带。通过将玻璃烧杯置于水浴中来控制反应介质的温度。所有实验均在黑暗中进行以避免银光还原。丰富多彩的银纳米带产品,如图2所示用镊子将其从载银活性炭底物上分离,用清洗循环纯化并用去离子水或乙醇离心,最后分散在无水乙醇中进行样品表征。

  图1显示了在活性炭上生长的银纳米带的典型电子显微镜(EM)图像。SEM图像(图1a)显示获得了丰富的线状产物,具有非常少的准球形颗粒杂质。图1b是银纳米带的典型TEM图像。该图中所示的纳米带的平均宽度为约45纳米。从左侧附近的扭曲纳米带测量的厚度为约9纳米。位于TEM网格上的这种平坦且光滑的纳米结构也通过右侧的莫尔图案来证实,其源自具有不同晶体取向的两个或三个纳米带的堆叠。图1c呈现单个纳米带的TEM图像。其选择区域电子衍射(SAED)图案插入右上角,具有六重对称性。

  图1:在活性炭上制备的银纳米带的典型EM图像。

  不同温度下活性炭制备的银纳米带

  通过在不同温度下活性炭上制备的这些银纳米带在普通日光照射下显示出不同的颜色。对于上述五个银纳米带样品,拍摄数字照片并显示在图2中。纳米带1-5分别呈浅蓝色,蓝紫色,红色,蓝色和紫色。这些生长的彩色纳米带放置在活性炭基板上,看起来像彩色海藻,可以通过塑料镊子轻松分离并分散在合适的溶剂中。值得注意的是,虽然已经有多种方法制备贵金属纳米带,和一些方法似乎对它们的大小一些可调谐性。我们简单的合成方法可以提供竞争性的替代方案来调整贵金属纳米带的尺寸和物理性质。

  图2:在不同温度下在活性炭上生长的银纳米带的数码照片。

  银纳米带在活性炭上生长的原电池机制

  预载在活性炭上的金属颗粒可以充当电子导体和异质成核位点。由于银离子通过电池-电池机制被活性炭微孔内的官能团还原,即在纳米带生长期间电子从活性炭内部转移到外表面,因此紧密结合的金属颗粒应该是更好的电子导体。因此,银离子应优先在这些预加载的金属颗粒上而不是在碳基底上还原为氧化银。另外,可能是由于金属颗粒表面的催化性质,银离子提供的浓度如此之低可以减少在水中的溶解,克服成核障碍并生长成纳米带。在没有预加载的贵金属颗粒的情况下,我们发现在将活性炭长时间浸入含有氧化银和去离子水的烧杯中后,不会出现银产物。该观察结果进一步暗示了金属颗粒作为银纳米带的生长引发剂的先决条件。这些金属颗粒也提供基板,打破了反应环境的对称,和施加几何约束适合于银的各向异性生长纳米带。此外,我们发现银纳米带的厚度约为在预装有微米级金属颗粒的活性炭上,13纳米可以大量生长。为了解释这种现象,这些银纳米带可能从金属颗粒尖锐边缘或顶点生长出来。由于银纳米带的生长是扩散限制的动力学控制过程,金属颗粒的角落可能有更多机会与银离子相互作用并成为快速生长的位置,确保纳米带的小尺寸,而不管引发金属颗粒。

  图3:通过将载金属活性炭浸入微溶的氧化银上清液中来生长银纳米带的原电池机制的示意图。

  这种用活性炭上生长的纳米银带的方法,其具有可调节的尺寸和尺寸依赖的等离子体响应。通过在活性炭上通过原电池机制还原具有表面官能团的银离子来合成银纳米带。在活性炭上加载金属颗粒作为异相成核位点,选择微溶的氧化银作为银前体以控制银离子的释放,合作促进蓬松银纳米带的稳定生长,宽度为几十纳米,厚度可达约13纳米。发现银纳米带的宽度与反应温度正相关,而厚度可能更多地取决于预装在活性炭上的金属颗粒。宽度/厚度比也与横向等离子体吸收峰值波长正相关,横向等离子体吸收峰值波长位于可见光区域并赋予具有可调颜色的纳米带。本文是使用活性炭为载体化学生产具有可调尺寸银纳米带的一次尝试。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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