银纳米指导书范文.doc

银纳米指导书范文 银纳米粒子溶胶的制备及光谱和电化学表征实验指导书吕桂琴北京理工大学理学院化学系北京海淀区中关村南大街5号北京理工大学理学院化学系100081E-mail:lvybit.一实验内容1.采用液相还原法可控制备银纳米粒子溶胶；2.测定银纳米粒子溶胶的紫外可见吸收光谱，确定其粒度；3.运用CHI604电化学工作站测定银纳米粒子溶胶的循环伏安图；4.连续测定银纳米粒子溶胶的紫外可见光谱，表征其稳定性。 本实验采用液相还原法制备银纳米粒子溶胶，不需要经过分离和纯化处理，直接进行紫外光谱和电化学循环伏安测定，表征其粒度、稳定性和电化学性质。 实验内容是在国家自然科学基金项目研究成果的基础上，选择其中具有创新性的内容，结合实验课程教学的特点，进行适当改进和转化，适合本科生的知识基础和实做能力。 实验内容和方法综合无机化学的制备方法、分析化学的测试技术和物理化学的表征手段，注重以学科知识为基础，紧密结合科学研究前沿对学生进行实验技术和创新能力的训练，充分调动学生对实验的兴趣，关注本专业相关科研领域的发展趋势，使学生意识到基础知识对从事科学研究的重要性，自觉提高探索意识和动手能力。 学生通过自己发现问题提出解决方案并进行具体实施的过程，是对学生综合运用基础知识进行多元化动态思维的考验和培养，根据不同程度学生的思维和动手实做能力的差异，针对性地进行多层次的个性化指导，构建自主性、开放性、探讨性的实验平台，形成课程一体化、教学多层次、实施开放式的实验模式。 二预习要求1.以AgNO3溶液和NaBH4溶液反应，控制条件制备银纳米粒子溶胶。 如何控制反应条件，包括反应物浓度和配比、反应温度、加料顺序和速率、搅拌速率等，使制备的银纳米溶胶粒度均匀并具有良好的稳定性。 采用何种实验方法或测定技术进行测定表征。 设计实验方案，包括操作步骤和对产物的检测表征。 2.了解紫外可见光谱测定原理，学会使用TU-1901双光束紫外可见光谱分析仪测定吸收光谱，能进行独立操作。 3.了解电化学循环伏安法测定原理，如何选择研究电极、参比电极、辅助电极，构成三电极测量系统。 学会使用CHI604电化学工作站测定循环伏安曲线，能进行独立操作。 三.实验原理1银纳米粒子溶胶的可控制备银纳米粒子溶胶是银纳米粒子在溶液中形成的均相分散体系。 银纳米粒子溶胶具有独特的物理化学性能，具有显著的抗菌、除臭及吸收部分紫外线功能，应用于医药、环保等领域，加入少量的银纳米粒子，可以赋予产品很强的杀菌能力。 在电化学方面，银纳米粒子具有更为优异的导电性能和电催化性能，通过自组装和电化学组装制备纳米修饰电极，修饰电极具有良好的活性和稳定性1,2。 由于纳米粒子的尺寸不同，性质差异很大；目前已有的多种银纳米粒子溶胶的制备工艺中，受到关注的核心问题是溶胶的稳定性3。 因此，制备的银纳米粒子溶胶需具有粒度分布均匀和良好稳定性。 以AgNO3溶液和NaBH4溶液反应制备银纳米粒子溶胶，反应温度、搅拌速率、反应时间、反应物配比对溶胶的粒度和稳定性都有不同程度的影响3,4。 本实验的反应条件为在低温和充分搅拌下，将较低浓度的AgNO3溶液慢速滴加到NaBH4溶液中，控制滴加速率和加入量，得到亮黄色或酒红色的银纳米溶胶。 2银纳米粒子溶胶紫外可见光谱表征使用TU-1901双光束紫外可见光谱分析仪，测定银纳米粒子溶胶的吸收光谱。 根据最大吸收波长max确定银纳米粒子的粒径范围，如表1所示4。 室温环境下保留样品进行后续测定。 每间隔一定时间，连续测定紫外吸收光谱，比较最大吸光度A和max值的变化，表征银纳米粒子溶胶的稳定性。 表1银纳米粒子平均粒径与max平均粒径/nmmax/nm103901540319408604163银纳米粒子溶胶循环伏安曲线测定3.1循环伏安法测定原理循环伏安法(Cyclic Voltammetry)测量体系是由工作电极、参比电极、辅助电极构成的三电极系统，工作电极和参比电极组成电位测量回路，工作电极和辅助电极组成回路测量电流。 测定时根据体系的性质，选定电位扫描范围和扫描速率，从选定的起始电位开始扫描后，工作电极的电位按指定的方向和速率随时间线性变化，扫描到达终止电位后，自动以同样的扫描速率返回到起始电位。 在电位进行扫描的同时，同步测量工作电极的电流响应，获得电流-电位曲线即循环伏安图。 通过对循环伏安图进行定性和定量分析，可以确定电极过程的可逆程度、得失电子数、是否伴随耦合化学反应及电极过程动力学参数，拟定电极过程的机理。 在电位扫描过程中，若在某一电位值出现峰电流，表示在此电位时发生电极反应。 若在正向扫描时电极反应的产物足够稳定，且能在电极表面发生电极反应，则在返回扫描时将出现与正向电流峰相对应的逆向电流峰。 如果选择先进行阴极扫描过程，发生还原反应，得到上半部分的还原波，对应于阴极峰电位Epc和阴极峰电流ipc；反向扫描对应于阳极过程，发生氧化反应，得到下半部分的氧化波，对应于阳极峰电位Epa和阳极峰电流ipa。 对于不可逆电极过程，反向扫描时不出现电流峰。 循环伏安扫描图不仅与测定的氧化还原体系有关，还与工作电极、电解液中的溶剂及支持电解质密切相关，需选择合适的工作电极和电解液，才能测得理想的循环伏安曲线5。 3.2银纳米粒子溶胶的循环伏安测定使用CHI604电化学工作站，选择金电极作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂片电极作为辅助电极，组成三电极双回路系统，测定银纳米粒子溶胶的循环伏安图。 图中的电位值均相对于饱和甘汞电极而言。 四.仪器与试剂1.仪器TU-1901双光束紫外可见光谱仪，CHI604电化学工作站，79HW-1磁力搅拌器，金电极，铂片电极，饱和甘汞电极，酸式滴定管，玻璃面滴定台，容量瓶，锥形瓶等。 2.试剂AgNO3(A.R.)，NaBH4(A.R.)，去离子水。 五.实验步骤1.配制溶液AgNO3溶液浓度为1mmol/L，NaBH4溶液浓度为0.01mol/L。 2.银纳米粒子溶胶的制备用水和冰制成冰水浴。 取新配制的NaBH4溶液25mL加入锥形瓶中，将锥形瓶放置于冰水浴中固定在电磁搅拌台上。 在酸式滴定管中加入AgNO3溶液15mL，安置在滴定架上，调节滴定速率0.2-0.3mL/min(1滴/10-12s)，以中速搅拌，开始滴定，维持匀速滴定，滴定7-8mL，至溶液颜色变成亮黄色或酒红色为止。 继续在冰水浴中搅拌10min，取出，进行紫外吸收光谱和循环伏安表征。 3.银纳米粒子溶胶的紫外光谱测定使用TU-1901双光束紫外可见光谱仪，石英比色皿。 设置参数波长范围600-300nm，选择合适的吸光度量程，快速扫描，测定基线后，测定银纳米粒子溶胶的紫外吸收光谱，得到紫外可见吸收光谱扫描谱图。 数据导出，保存为Excel表，用Origin软件作图，作出紫外可见吸收光谱。 室温环境下保留样品，放在实验架上进行后续测定。 每间隔一定时间连续测定紫外吸收光谱，表征银纳米溶胶的稳定性。 测定的紫外吸收光谱绘制在同一张图中比较。 4.银纳米粒子溶胶循环伏安测定使用CHI604电化学工作站，金电极为工作电极与绿色夹相连接，饱和甘汞电极为参比电极与白色夹连接，铂片电极为辅助电极与红色夹相连接。 设置参数起始电位-1.0，低电位-1.0，高电位1.0；扫描速率0.1v/s；电流量程10-5A。 开始扫描，得到循环伏安图。 测定不同扫描速率时的循环伏安图。 六.结果与讨论1.根据银纳米粒子溶胶的紫外吸收光谱，确定银纳米粒子的粒度范围；2.比较银纳米粒子溶胶紫外吸收光谱最大吸光度A和max的变化，讨论影响银纳米粒子溶胶稳定性的因素。 实验结果如图1和表2所示。 3.银纳米粒子溶胶的循环伏安图如图2所示，写出对应峰电流的电极反应式，讨论电极过程的可逆程度。 2753003253503754004254504755005255505756006250.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.7吸光度波长/nm CD EF B图1.放置不同时间银纳米粒子溶胶的紫外吸收光谱表2.放置不同时间银纳米粒子溶胶的和吸光度序号放置时间/hmax/nm AbsC0.253781.582D123840.872E243860.862F363860.857B483860.828图2.银纳米粒子溶胶的循环伏安图七.存在问题1.有时制备的银纳米粒子溶胶颜色很快变深或聚沉，可能的原因是滴加AgNO3溶液的速率过快或不均匀。 2.银纳米粒子溶胶的循环伏安图中峰电位不稳定，峰电位范围在0-0.5V。 作为工作电极的金电极在使用前需进行严格处理和活化。 八.思考题1.分别指出测定紫外吸收光谱和循环伏安图时，波长扫描和电位扫描的方向，波长扫描能否反向进行？为什么？如何确定循环伏安电位扫描的方向。 2.测定银纳米粒子溶胶的紫外光谱时，以水作为基线校正是否合理？银纳米粒子溶胶是处于纯水中吗？体系中共存物质是否影响测定？3.银纳米粒子溶胶循环伏安图中出现的峰所对应的反应，分析只出现一个峰的原因。 如何才能出现反向扫描峰？参考文献1Nersiayan HH,Lee JH.Materials ResearchBulletinJ,xx,38:9492姚爱丽，吕桂琴，胡长文.银纳米修饰电极的制备及电化学行为，无机化学学报，xx,22 (6)1099-11023李世琳，毛健，陈治等.纳米银溶胶稳定性的影响