一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法

本发明属于银粒子制备，具体涉及一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法。

背景技术：

1、银粉是调制导电银浆的关键基料，其在理化特性和稳定性方面有着严格的要求，银粉品质的高低决定了银浆或银胶调制工序的简繁、适用场景的宽窄以及附加价值的高低。硝酸银液相还原法是规模化合成银粉的主流方法，我国银粉企业主要采用该方法已基本完成微米级银粉对同类别进口银粉的替代。就亚微米级和纳米级银颗粒的规模化制备而言，尽管国内银粉企业近年来进行了大量的投入和持续研发，但仍难以突破与国外先进工艺之间的技术壁垒，国产化率不足30％。高品质细银粉仍多依赖进口。

2、基于银原子电化学氧化再还原的技术路线的有机电解法能够实现纳米级和亚微米级银颗粒的制备。公开号为cn115637463a的专利公开了一种纳米银有机分散液溶胶及亚微米银颗粒的有机电解制备方法，该方法之所以能够付诸实施的前提在于所谓硝酸盐促导剂的加入增强了有机溶液的电导率，从而能够促使阴极和阳极间的电流能够导通，而电解液的电导率越高则能耗越低。然而，硝酸钾、硝酸钠和硝酸铵等无机硝酸盐在有机溶剂中的溶解度是偏低，因此需要加热溶解进行长时间操作才可以达到所需的溶解量，从而显著提升电解液的电导率。相对而言，硝酸盐离子液体等有机物也能够显著提升电解液的电导率且不存在溶解困难的问题，然而价格高昂的硝酸盐离子液体提高了基于有机电解法规模化合成银粒子的成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，该方法成本低，能够通过调整低共熔溶剂的种类、输入电流密度大小和关键活性组分的种类来调控银粒子的粒度大小。

2、为实现上述发明目的，本发明公开了一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，包括以下步骤：

3、(1)将硝酸胆碱与单糖配体按一定比例混合并充分加热合成出具有导电特性的低共熔溶剂；

4、(2)将步骤(1)制备的低共熔溶剂溶于一定溶解浓度的酰胺类有机物或聚维酮有机溶液中，调配得到低共熔溶剂基有机电解液；

5、(3)以高纯度的银片为阳极和阴极，通过有机电解法制备出银粒子。

6、优选的，步骤(1)中，所述硝酸胆碱与单糖配体之间的物质的量比为1：2，加热合成的温度为125℃。

7、优选的，步骤(1)中，所述单糖为葡萄糖、果糖、木糖、甘露糖中的一种；所述单糖的纯度至少为98％。

8、优选的，步骤(2)中，所述酰胺类有机物为脲、缩二脲、丙烯脲中的一种，所述酰胺类有机物的纯度均至少为98％，所述聚维酮或酰胺类有机物在有机溶液中的浓度为3mg/ml-50mg/ml。

9、优选的，步骤(2)中，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、乙醇、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或多种混合溶剂。

10、优选的，步骤(2)中，所述的低共熔溶剂在低共熔溶剂基有机电解液中的浓度为5mg/ml-20mg/ml；所述低共熔溶剂基电解液中的水含量最多为7.5％。

11、进一步的，步骤(3)中，有机电解法具体包括以下步骤：将阳极银和阴极银没入盛有低共熔溶剂基电解液的封闭式或半封闭式的电解槽中构建电流回路，再持续通入直流电流或脉冲电流；反应一段时间后，停止电流通入以终止反应，静置收集电解液底层沉积物即为银粒子。

12、优选的，步骤(3)中，银片的纯度为99.99％；通入的是直流电流或周期性脉冲电流，电流密度大小为10ma/cm2-40ma/cm2。

13、优选的，当步骤(2)中溶解的是聚维酮时，所得银粒子的动态光散射粒度介于52nm～97nm；当步骤(2)中溶解的是酰胺类有机物时，所得银颗粒的动态光散射粒度介于122m～486nm。

14、在本发明中，所得固体产物的物相结构通过x射线粉末衍射能谱技术(xrd)给予确定，颗粒的粒度通过动态光散射技术(dls)给予测量，颗粒的微观形貌通过扫描电子显微镜(sem)进行观测。

15、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

16、(1)本发明所提供的低共熔溶剂基有机电解液能够通过电解反应促使阳极银转化为银离子并迁移至阴极还原为银粒子，所制备的银粒子的粒度能够通过改变低共熔溶剂的种类、酰胺类有机物的种类、输入电流密度或聚维酮浓度，来调控所得银粒子的粒度大小；所得银粒子的动态光散射粒度介于52nm～486nm；

17、(2)低共熔溶剂是一定化学计量比的氢键受体(如季铵盐)和氢键供体(如单糖)组合而成的低共熔混合物，具有低成本、无毒、低饱和蒸气压、高热稳定性、优良电导率等突出特点，是一种理想的新型反应介质；本发明中的低共熔溶剂能够显著提升有机溶液电导率，进一步降低成本。

技术特征：

1.一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硝酸胆碱与单糖配体之间的物质的量比为1：2，加热合成的温度为125℃。

3.根据权利要求1或2所述的一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述单糖为葡萄糖、果糖、木糖、甘露糖中的一种；所述单糖的纯度至少为98％。

4.根据权利要求1或2所述的一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述酰胺类有机物为脲、缩二脲、丙烯脲中的一种，所述酰胺类有机物的纯度均至少为98％，所述聚维酮或酰胺类有机物在有机溶液中的浓度为3mg/ml-50mg/ml。

5.根据权利要求1或2所述的一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、乙醇、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮中的一种或多种混合溶剂。

6.根据权利要求1或2所述的一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的低共熔溶剂在低共熔溶剂基有机电解液中的浓度为5mg/ml-20mg/ml；所述低共熔溶剂基电解液中的水含量最多为7.5％。

7.根据权利要求1或2所述的一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，其特征在于，步骤(3)中，有机电解法具体包括以下步骤：将阳极银和阴极银没入盛有低共熔溶剂基电解液的封闭式或半封闭式的电解槽中构建电流回路，再持续通入直流电流或脉冲电流；反应一段时间后，停止电流通入以终止反应，静置收集电解液底层沉积物即为银粒子。

8.根据权利要求7所述的一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，其特征在于，步骤(3)中，银片的纯度为99.99％；通入的是直流电流或周期性脉冲电流，电流密度大小为10ma/cm2-40ma/cm2。

9.根据权利要求1或2所述的一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，其特征在于，当步骤(2)中溶解的是聚维酮时，所得银粒子的动态光散射粒度介于52nm～97nm；当步骤(2)中溶解的是酰胺类有机物时，所得银颗粒的动态光散射粒度介于122m～486nm。

技术总结
本发明公开了一种利用低共熔溶剂基电解液合成银粒子的方法，包括以下步骤：将硝酸胆碱与单糖配体按一定比例混合并充分加热合成出具有导电特性的低共熔溶剂；将低共熔溶剂溶于一定溶解浓度的酰胺类有机物或聚维酮有机溶液中，调配得到低共熔溶剂基有机电解液；以高纯度的银片为阳极和阴极，通过有机电解法制备出银粒子。该方法所提供的低共熔溶剂基有机电解液能够通过电解反应促使阳极银转化为银离子并迁移至阴极还原为银粒子，所制备的银粒子的粒度能够通过改变低共熔溶剂的种类、酰胺类有机物的种类、输入电流密度或聚维酮浓度，来调控所得银粒子的粒度大小。

技术研发人员：贾海洋,王龄昌,张连英,张芬
受保护的技术使用者：徐州工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13