一种纳米多孔银粉末的制备方法

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种纳米多孔银粉末的制备方法。

背景技术：

纳米多孔金属是指金属内部分布的孔径尺寸达到纳米级别的材料，具有小尺寸效应、表面效应以及宏观量子轨道效应等特点，在催化、传感和燃料电池等领域有着广泛的应用。金属银具有良好的抗菌性、导电导热性和生物相容性，在生物医学、电极材料和电子器件等领域应用前景广阔。为了进一步改善金属银的性能，人们提出并发展了纳米多孔银。纳米多孔银具有三维连通的多孔结构，其三维结构中的系带由银的晶粒组成，晶粒的粒径、系带和孔洞的尺寸都是纳米量级。纳米多孔银不仅具有金属银的优异性能，还具有光学性能和催化性能，在表面增强拉曼散射和催化等领域有着重要的作用。

纳米多孔银组成和结构的调控以及性能的发挥也依赖于制备技术的发展。目前，纳米多孔银主要的合成方法有模板法和去合金化法[方秀梅,连利仙,高希等,中国材料进展,2018,11(37):927-932]。模板法是指让目标材料附着在纳米级别的颗粒模板上，然后通过腐蚀或退火的方式去除模板，获得特定结构的纳米多孔材料。例如，shen等使用油菜花粉作为模板，制备出孔径尺寸在25nm左右的纳米多孔银球，但是其工艺繁琐，形貌和结构单一[shenwei,zhangleihao,zhouxing,etal,materialsletter,2018,213(15):7-10]。去合金化是指合金中各元素存在电极电位差时，活性组元通过自由腐蚀或电化学腐蚀的方式去除，惰性组元通过扩散、团聚和生长，最终形成纳米多孔结构。ji等使用mg-ag作为前驱体，在盐酸中腐蚀一定时间后即可得到纳米多孔银[jihong,zhangchi,xujunling,etal,crystengcomm,2011,13(15):4846-4849]。穆张岩等以ag30zn70合金条带为前驱体，通过电化学脱合金法获得了纳米多孔银条带[穆张岩,周雪龙,范铮,等,稀有金属材料与工程,2019,48(10):3252-3257]，但甩带法制备合金条带以及电化学脱合金工艺复杂、产率低，难以规模化生产。综上，虽然已有工作取得了不少正面结果，但为了更好地满足纳米多孔银对高性能、低成本和易于规模化生产等方面的需求，积极研发纳米多孔银的制备技术具有重要意义。

技术实现要素：

本发明针对现有纳米多孔银技术的不足，提供了一种性能优良、成本低、制备工艺简单的纳米多孔银粉末的制备方法。

该方法具体包括以下步骤：

(1)按照1:4的原子比称取纯度不低于99.5％的银片和锌粒，并采用真空感应熔炼法熔炼成银–锌合金；

(2)将步骤(1)所得的合金机械粉碎成粒度小于200目的粉末；

(3)将步骤(2)所得的合金粉末倒入硫酸溶液中进行腐蚀处理；

(4)将步骤(3)所得的腐蚀固体产物再倒入盐酸溶液中进行后浸处理；

(5)将步骤(4)所得的后浸固体产物先后采用蒸馏水和酒精洗涤至中性，再进行真空干燥，即可获得所述的纳米多孔银粉末。

作为一种优化，所述步骤(3)中硫酸溶液的浓度为1mol/l，温度为30℃，腐蚀时间为4～8h。

作为一种优化，所述步骤(4)中盐酸溶液的浓度为10～15mol/l，温度为30℃，后浸时间为4～8h。

本发明的科学原理如下：

采用去合金化法制备纳米多孔银，其过程包括锌原子的溶解和银原子的扩散。使用硫酸溶液作为腐蚀液，合金中锌原子的活性比银原子高，使锌原子在腐蚀液中通过自由腐蚀的方式被溶解掉，使得大量的银原子暴露出来，但银原子在硫酸溶液中的扩散速率较慢，随着腐蚀的进行，大量的银原子会附着在合金表面，聚集成富含银的骨架，阻碍腐蚀的进行。盐酸溶液中的氯离子能加快银原子的扩散，降低银原子的聚集速率，因此，使用盐酸溶液做后浸处理，对合金内部进一步腐蚀，新腐蚀出来的银原子会扩散到富含银的骨架上，进一步改变孔洞的尺寸，最后形成三维连通的纳米多孔结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)所提供的纳米多孔银呈粉末状，纯度高，具有均匀的三维连通的纳米多孔结构。

(2)所提供的纳米多孔银粉末的制备方法，工艺简单，安全可靠，易于规模化生产。

附图说明

图1为本发明实例1中所得纳米多孔银粉末的扫描电镜照片。

图2为本发明实例1中所得纳米多孔银粉末的x射线衍射及rietveld精修图谱。

图3为本发明实例1中所得纳米多孔银粉末的能谱图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。

实施例1

按照1:4的原子比，并考虑2％锌的烧损，称取纯度不低于99.5％的银片和锌粒，并采用真空感应熔炼法熔炼成银–锌合金；将熔炼所得的合金机械粉碎成粒度小于200目的粉末；将银–锌合金粉末倒入1mol/l的硫酸溶液中，在30℃条件下腐蚀4h；将腐蚀固体产物再倒入12mol/l的盐酸溶液中，在30℃条件下进行后浸处理4h；将后浸固体产物先后采用蒸馏水和酒精洗涤至中性，再进行真空干燥，即可获得所述的纳米多孔银。由图1、图2和图3可见，所得纳米多孔银粉末由单一的ag相组成，具有均匀的三维连通的纳米多孔结构，孔洞尺寸为200nm左右。

实施例2

按照1:4的原子比，并考虑2％锌的烧损，称取纯度不低于99.5％的银片和锌粒，并采用真空感应熔炼法熔炼成银–锌合金；将熔炼所得的合金机械粉碎成粒度小于200目的粉末；将银–锌合金粉末倒入1mol/l的硫酸溶液中，在30℃条件下腐蚀8h；将腐蚀固体产物再倒入10mol/l的盐酸溶液中，在30℃条件下进行后浸处理8h；将后浸固体产物先后采用蒸馏水和酒精洗涤至中性，再进行真空干燥，即可获得所述的纳米多孔银粉末。

实施例3

按照1:4的原子比，并考虑2％锌的烧损，称取纯度不低于99.5％的银片和锌粒，并采用真空感应熔炼法熔炼成银–锌合金；将熔炼所得的合金机械粉碎成粒度小于200目的粉末；将银–锌合金粉末倒入1mol/l的硫酸溶液中，在30℃条件下腐蚀6h；将腐蚀固体产物再倒入15mol/l的盐酸溶液中，在30℃条件下进行后浸处理4h；将后浸固体产物先后采用蒸馏水和酒精洗涤至中性，再进行真空干燥，即可获得所述的纳米多孔银粉末。

技术特征：

1.一种纳米多孔银粉末的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)按照1:4的原子比称取纯度不低于99.5％的银片和锌粒，并采用真空感应熔炼法熔炼成银–锌合金；

(2)将步骤(1)所得的合金机械粉碎成粒度小于200目的粉末；

(3)将步骤(2)所得的合金粉末倒入硫酸溶液中进行腐蚀处理；

(4)将步骤(3)所得的腐蚀固体产物再倒入盐酸溶液中进行后浸处理；

(5)将步骤(4)所得的后浸固体产物先后采用蒸馏水和酒精洗涤至中性，再进行真空干燥，即可获得纳米多孔银粉末。

2.如权利要求1所述的一种纳米多孔银粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中硫酸溶液的浓度为1mol/l，温度为30℃，腐蚀时间为4～8h。

3.如权利要求1所述的一种纳米多孔银粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中盐酸溶液的浓度为10～15mol/l，温度为30℃，后浸时间为4～8h。

技术总结
本发明公开了一种纳米多孔银粉末的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。该制备方法包括下述步骤：采用真空感应熔炼法将原子比为1:4、纯度不低于99.5％的银片和锌粒熔炼成合金，并将合金机械粉碎成粒度小于200目的粉末；然后，将银–锌合金粉末倒入1mol/L的硫酸溶液中，在30℃条件下腐蚀4～8h；接着，将腐蚀固体产物再倒入10～15mol/L的盐酸溶液中，在30℃条件下进行后浸处理4～8h；最后，将后浸固体产物先后采用蒸馏水和酒精洗涤至中性，再进行真空干燥，即可获得所述的纳米多孔银粉末。本发明工艺简单，安全可靠，易于规模化生产，制得的纳米多孔银粉末纯度高、具有均匀的三维连通的纳米多孔结构。

技术研发人员：柳东明;徐浩;付梦雨;季小龙;张月;李永涛;斯庭智;张庆安
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：2021.04.27
技术公布日：2021.07.30