一種多孔結構氧化銀納米管的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種多孔結構氧化銀納米管的制備方法，本發明提供的多孔結構氧化銀納米管是按照以下步驟的方法制得的：將滴有一定量銀納米線的微柵或硅片置于電感耦合等離子體裝置中，并抽到低真空狀態；通入一定量的氧氣和氬氣混合載體，加上一定的功率，反應處理時間為30s～120s，即可得到多孔結構氧化銀納米管。本發明相對其他氧化銀納米材料的制備方法，過程簡單（一步法）、溫度低(室溫)、耗時短、安全無毒（物理方法）、易于工業化生產和制備，而且本發明制備的多孔結構的氧化銀納米管，形貌可控、比表面積大，相對其他同類氧化銀納米材料，在抗菌、電池、催化、傳感等方面有望具有更大的實用價值。
【專利說明】一種多孔結構氧化銀納米管的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明公開一種多孔結構氧化銀納米管的制備技術，具體涉及到一種多孔結構氧化銀納米管的制備方法，屬于功能材料制備領域，在抗菌、電池、傳感、催化等方面具有重要用途。
【背景技術】
[0002]氧化銀(Ag2O)本征上一種P型半導體(1.46eV),因其在抗菌、催化、電池、傳感等領域具有潛在的應用價值，而為研究者們廣泛研究。而多孔結構的納米材料因其比塊體結構具有更高的比表面積(接觸活性點增多)和更短的傳輸路徑(電子、離子路徑減少)，最終可以明顯增強材料的性能參數。因此，研究和制備多孔結構的納米氧化銀晶體更具有重要的實際意義和科學意義。
[0003]根據上述考慮，選擇制備多孔氧化銀納米晶體的方法顯得尤為重要。當下，氧化銀(Ag2O)的物理制備方法主要采用濺射和有氧環境下熱蒸發。這種氣相方法需要高溫條件而且僅應用在薄膜制備中，因此極大的限制了基底的選擇和多種可控形貌晶體的制備(參考文獻 I, E.Lund, A.Galeckas, A.Azarov, E.V.Monakhov, B.G.Svensson, “Photoluminescenceof reactively sputtered Ag2O films”，Thin Solid Films536 (2013) 156 - 159)。而在濕法化學方法制備氧化銀晶體(Ag2O)中，這些研究都是以耗時長、復雜的實驗步驟、有毒溶液的引入為基本前提的(參考文獻 2，L.M.Lyu, M.H.Huang, “Investigation of relativestability of different facets of Ag20 n anocrystals through face-selectiveetching”，J.Phys.Chem.C(115) 2011，17768 - 17773)。因此，尋找一種簡單、綠色、溫和的制備方法來制備多孔結構氧化銀晶體顯得迫在眉睫。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對現在氧化銀制備方法的技術不足和新型形貌結構的需求，提供一種多孔結構氧化銀納米管的制備方法，實現簡單、綠色、溫和的可控制備。本發明的技術方案如下:
[0005]一種多孔結構氧化銀納米管的制備方法，它包括如下步驟:
[0006]步驟一:將銀納米線乙醇分散液滴在微柵或硅片上，待干燥后，置于電感耦合等離子體腔中，抽氣至低真空；
[0007]步驟二:通入氧氣和氬氣混合載體，至一定腔體氣壓后，用射頻電源(13.56MHz)在一定的功率下進行放電，并放電一定的時間；
[0008]步驟三:待關閉電源，腔體放氣完畢后，即得到多孔結構氧化銀納米管產物。
[0009]上述的一種多孔結構氧化銀納米管的綠色制備方法，其特征在于步驟一中的本底氣壓為0.1~0.45pa。
[0010]上述的一種多孔結構氧化銀納米管的制備方法，其特征在于步驟二中的氧氣和氬氣的體積比例為3:1~1:1 ;氣體流速為15~25sccm ;腔體氣壓為6.5~IOPa ;等離子處理施加功率:30W~80W ;放電時間為30s~120s。
[0011]本發明的顯著優點如下:(1)較文獻報道的多步、高溫、耗時長、有毒液引入等制備條件，本發明通過一步等離子體處理，在室溫下，以銀納米線為模板，快速綠色制備表面多孔的氧化銀納米管，適合工業化生產。(2)本發明制備的表面多孔結構的中空氧化銀納米材料，形貌可 控、比表面積大，相對其他同類氧化銀納米材料，在電池、催化、傳感等方面有望具有更大應用潛力。(3)提出一種多孔材料的綠色等離子體制備方法，可能對其他多孔納米材料的制備提供有益指導。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]附圖1:所使用等離子體裝置的示意圖。
[0013]附圖2-1:—種多孔結構氧化銀納米管的掃描電鏡圖片。
[0014]附圖2-2:—種多孔結構氧化銀納米管的透射電鏡圖片，內插圖為選取衍射圖片。
[0015]附圖2-3:—種多孔結構氧化銀納米管的能譜圖片。
[0016]附圖2-4:—種多孔結構氧化銀納米管的高分辨透射電鏡圖片。
[0017]附圖3-1:—種多孔結構氧化銀納米管的掃描電鏡圖片。
[0018]附圖3-2:—種多孔結構氧化銀納米管的透射電鏡圖片。
[0019]附圖3-3:—種多孔結構氧化銀納米管的能譜圖片。
[0020]附圖4-1:一種多孔結構氧化銀納米管的掃描電鏡圖片。
[0021]附圖4-2:—種多孔結構氧化銀納米管的透射電鏡圖片。
[0022]附圖5-1:—種多孔結構氧化銀納米管的掃描電鏡圖片。
[0023]附圖5-2:—種多孔結構氧化銀納米管的透射電鏡圖片。
[0024]附圖6-1:—種多孔結構氧化銀納米管的透射電鏡圖片，內插圖為選取衍射圖片。(實例2-放電時間Os)。
[0025]附圖6-2:—種多孔結構氧化銀納米管的透射電鏡圖片，內插圖為選取衍射圖片。(實例2-放電時間10s)。
[0026]附圖6-3:—種多孔結構氧化銀納米管的透射電鏡圖片，內插圖為選取衍射圖片。(實例2-放電時間20s)。
[0027]附圖6-4:—種多孔結構氧化銀納米管的透射電鏡圖片，內插圖為選取衍射圖片。(實例2-放電時間40s)。
[0028]附圖6-5:—種多孔結構氧化銀納米管的透射電鏡圖片，內插圖為選取衍射圖片。(實例2-放電時間70s)。
[0029]附圖6-6: —種多孔結構氧化銀納米管的粉末衍射圖片(實例2-放電時間10s)。
[0030]附圖6-7:—種多孔結構氧化銀納米管的形成機理示意圖。
【具體實施方式】
[0031]為了進一步了解本發明，下面以實施例作詳細說明，并給出附圖描述本發明得到的一種多孔結構氧化銀納米管。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，此外應理解，在閱讀本發明講授的內容之后，本領域技術人員可于對本發明作各種修改和改動，這些等價的形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。[0032]實施例1:
[0033]步驟一:將濃度為2mg/ml銀納米線乙醇分散液滴在微柵(直徑=3mm)或硅片(IcmXlcm)，待干燥后，置于電感耦合等離子體腔中(附圖1)，并使樣品距離線圈IOcm處，抽氣至低真空(0.45Pa)；
[0034]步驟二:通入氧氣和氬氣混合載體(體積比=3:1)，待腔體真空為6.5Pa后，用射頻電源(13.56MHz )在50W下進行放電，并放電70s ；
[0035]步驟三:待關閉電源，腔體放氣完畢后，即得到一種多孔結構氧化銀納米管產物，如附圖2，附圖2-1銀納米線在等離子體處理后的掃描電鏡圖片。可以由產物的襯度看到納米管的形成且表面粗糙，附圖2-2為對應的透射電鏡圖片，可以清楚看到產物的內部中空外部多孔的結構，內插衍射圖表明產物為Ag2O結構，附圖2-3為對應的能譜，其中原子比表明產物為Ag2O結構，附圖2-4為多孔的中空Ag2O的高分辨透射電鏡圖片，圖中所標的面間距分別于Ag2O結構相符。
[0036]實例2:
[0037]步驟一:將濃度為2mg/ml銀納米線乙醇分散液滴在微柵(直徑=3mm)或硅片(IcmXlcm)，待干燥后，置于電感耦合等離子體腔中(附圖1)，并使樣品距離線圈15cm處，抽氣至低真空(0.45Pa)；
[0038]步驟二:通入氧氣和氬氣混合載體(體積比=1:1)，待腔體真空為IOPa后，用射頻電源(13.56MHz)在30W下進行放電，并放電120s ；
[0039]步驟三:待關閉電源，腔 體放氣完畢后，即得到一種多孔結構氧化銀納米管產物，產物的掃描電鏡圖片、透射電鏡圖片、能譜圖片見附圖3。
[0040]實例3
[0041]步驟一:將濃度為2mg/ml銀納米線乙醇分散液滴在微柵(直徑=3mm)或硅片(IcmXlcm)，待干燥后，置于電感耦合等離子體腔中(附圖1)，并使樣品距離線圈IOcm處，抽氣至低真空(0.1Pa)；
[0042]步驟二:通入氧氣和氬氣混合載體(體積比=1:1)，待腔體真空為6.5Pa后，用射頻電源(13.56MHz)在80W下進行放電，并放電120s ；
[0043]步驟三:待關閉電源，腔體放氣完畢后，即得到一種多孔結構氧化銀納米管產物，產物的掃描電鏡圖片、透射電鏡圖片見附圖4。
[0044]實例4
[0045]步驟一:將濃度為lmg/ml銀納米線乙醇分散液滴在微柵(直徑=3mm)或硅片(IcmXlcm)，待干燥后，置于電感耦合等離子體腔中(附圖1)，并使樣品距離線圈IOcm處，抽氣至低真空(0.5Pa)；
[0046]步驟二:通入氧氣和氬氣混合載體(體積比=3:1)，待腔體真空為IOPa后，用射頻電源(13.56MHz )在50W下進行放電，并放電30s ；
[0047]步驟三:待關閉電源，腔體放氣完畢后，即得到一種多孔結構氧化銀納米管產物，產物的掃描電鏡圖片、透射電鏡圖片見附圖5。
[0048]形成機理說明
[0049]為了了解這種多孔結構氧化銀納米管的快速制備的機理，我們按照將實例二中的反應條件，分別放電時間為Os，10s, 20s, 40s, 70s。將產物進行透射電鏡形貌圖片和選取電子顏射表征。圖6-1是初始銀納米線模板，選取衍射表明其單晶結構，圖6-2是放電IOs的透射電鏡圖片和選取衍射圖片，可以看到銀納米線周圍有一層15nm左右的氧化銀，選取衍射證明氧化銀的(111)面的存在。圖6-6為放電IOs時的粉末衍射圖片，也可證明氧化銀結構已經出現。圖6-3是放電20s時的透射電鏡圖片和選取電子衍射圖片，銀納米線中心已經出現了空位，氧化銀的(111)面強度明顯增強。圖6-4為放電40s時的透射電鏡圖片和選取電子衍射圖片，氧化銀的納米管結構已經完全形成。圖6-7為放電70s時的透射電鏡圖片和選取電子衍射圖片，由于氬離子的持續轟擊，最終形成多孔結構的氧化銀納米管。圖6-7為根據實驗結果所畫的生長示意圖，首先，銀納米線外圍與活性氧等離子體發生反應形成一層氧化銀。隨著時間的推移。銀納米線的中心銀原子由于可肯達爾效應不斷向外擴散，形成中空結構。最終由于氬離子的持續轟擊，形成多孔結構的氧化銀納米管。該機理在制備氧化銀結構中未見報道， 因此豐富了這種快速制備氧化銀納米結構的指導方法。
【權利要求】
1.一種多孔結構氧化銀納米管的制備方法，其特征在于具有以下步驟和過程: 步驟一:將銀納米線乙醇分散液滴在微柵或硅片上，銀納米線乙醇分散液的濃度為I~4mg/ml ;待干燥后,置于電感稱合等離子體腔中,抽氣至本底氣壓為0.1~0.5pa ；步驟二:通入氧氣和氬氣混合載體，至腔體氣壓6.5~IOPa后，用射頻電源在30W~80W的功率下進行放電，并放電處理30s~120s ;載體中氧氣和氬氣的體積比例為3:1~1:1 ;氣體流量為15~25sccm ； 步驟三:待關閉電源，腔 體放氣完畢后，即得到多孔結構氧化銀納米管產物。
【文檔編號】B82Y40/00GK103723759SQ201310743185
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月28日 優先權日:2013年12月28日
【發明者】李永合, 王振宇, 張躍飛 申請人:北京工業大學