實(shí)驗(yàn)12　銀納米顆粒的制備及表面等離子共振效應(yīng)的觀察

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

① 掌握基本的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作方法。

② 掌握學(xué)習(xí)分步法制備銀納米棱柱。

③ 觀察不同尺寸銀納米棱柱的等離子共振吸收現(xiàn)象。

二、實(shí)驗(yàn)原理

（1）如圖12.1所示，利用兩步法，通過(guò)控制種子溶液、生長(zhǎng)溶液的比例，得到尺寸可控的銀納米晶

本實(shí)驗(yàn)中用聚苯乙烯磺酸鈉（PSSS）作為表面保護(hù)劑，檸檬酸鈉和抗壞血酸共同還原硝酸銀得到銀納米顆粒。將銀納米顆粒作為晶種，再次加入硝酸銀的溶液中，再用硼氫化鈉繼續(xù)還原，以先制備的顆粒作為種子，可以得到具有窄尺寸分布的三角形銀納米柱。得到的三角銀單分散性好，可以精確調(diào)控三角銀納米柱的厚度。

（2）不同尺寸的銀納米晶具有不同的等離子共振吸收峰位，表現(xiàn)出多種顏色

表面等離子體（Surface Plasmons，SPs）是指在金屬表面存在的自由振動(dòng)的電子與光子相互作用產(chǎn)生的沿著金屬表面?zhèn)鞑サ碾娮邮杳懿ā?duì)于金屬納米顆粒，表面等離子體波將被局域在金屬納米顆粒的邊界附近，形成局域化的表面等離子體振蕩（localized surface plasmon resonance）。空間局域化后，由于不確定原理得知，波矢匹配的條件很容易滿足（空間不確定度很小，波矢不確定度很大，表面等離子體的色散關(guān)系曲線近似于平行x軸的直線），局域化的表面等離子體振蕩因而可以很容易被遠(yuǎn)場(chǎng)輻射過(guò)來(lái)的光波激發(fā)。這種局域化的表面等離子體振蕩的能量可以從金屬納米顆粒的吸收/散射光譜上的共振峰位置讀出來(lái)。

金屬的表面等離子體共振峰位置和強(qiáng)度受到很多因素的影響，如金屬表面介質(zhì)的介電常數(shù)，金屬顆粒的形狀、尺寸、分布等。在本實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)兩步法能夠可控調(diào)節(jié)銀納米顆粒的形狀及尺寸，因此可以觀察到與此相對(duì)應(yīng)的表面等離子共振峰位的變化。從直觀上看即溶液的顏色發(fā)生變化。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料

① 設(shè)備：加熱磁力攪拌器、分析天平、微量移液器、玻璃儀器烘干器、稱量紙、藥匙、5mL量筒、50mL量筒、100mL燒杯、50mL燒杯、100mL錐形瓶、50mL試樣瓶、玻璃滴管、攪拌磁子、玻璃攪拌棒、針管（帶針頭）、三角瓶刷、試管刷。

② 試劑：檸檬酸鈉、聚苯乙烯磺酸鈉（PSSS）、硼氫化鈉、硝酸銀、抗壞血酸（2，3，4，5，6-五羥基-2-己烯酸-4-內(nèi)酯）。

四、實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)流程

五、實(shí)驗(yàn)步驟與方法

第一步、種子的制備。

（1）稱量及配制

稱量并配制各種藥品的水溶液：檸檬酸鈉（0.01g，5mL），聚苯乙烯磺酸鈉（0.02g，2mL），硼氫化鈉（0.01g，1.5mL），硝酸銀（0.01g，10mL）。其中，硝酸銀提供銀源，硼氫化鈉作為還原劑（強(qiáng)），檸檬酸鈉作為還原劑（弱），聚苯乙烯磺酸鈉作為表面活性劑。

（2）制備過(guò)程

① 分別將配制好的檸檬酸鈉，聚苯乙烯磺酸鈉，硼氫化鈉水溶液倒入錐形瓶中（錐形瓶中放好磁子），緩慢攪拌（磁力攪拌器轉(zhuǎn)速為20rpm）。

② 將硝酸銀通過(guò)滴管緩慢、勻速滴入錐形瓶中。

③ 待硝酸銀滴加完畢，反應(yīng)10min左右至溶液顏色不再變化。種子溶液顏色為黃色。

第二步、銀納米片的制備。

（1）稱量及配制

稱量并配制各種藥品的水溶液：抗壞血酸（0.01g，1mL），檸檬酸鈉（0.01g，1mL），硝酸銀（0.008g，10mL），上一步中配置好的種子溶液。

（2）制備過(guò)程

① 先在樣品瓶中倒入5mL去離子水，加入100μL抗壞血酸（0.01g，1mL）、0.5mL檸檬酸鈉（0.01g，mL）。

② 將樣品瓶放在磁力攪拌器上緩慢攪拌（比種子溶液的攪拌速度慢，轉(zhuǎn)速15r/min）。

③ 加入（實(shí)驗(yàn)變量）不同量的種子溶液（20μL、30μL、40μL、50μL、60μL、80μL、100μL）。

④ 用針管每3min一次性滴加0.1mL硝酸銀溶液。觀察并記錄溶液的顏色變化。

⑤ 一共滴加1mL硝酸銀溶液（大約經(jīng)過(guò)30min）。

⑥ 反應(yīng)結(jié)束后，觀察并記錄不同量種子溶液制備得到的溶液的顏色。

六、數(shù)據(jù)記錄與處理

① 20μL的種子層溶液隨著滴加硝酸銀的不同的顏色變化。

② 種子及不同量的種子溶液配制得到的溶液的顏色。

七、注意事項(xiàng)

① 硝酸銀見光分解，因此在稱量、配置的過(guò)程中，需要注意避光。可用錫紙將稱量、配置容器包覆起來(lái)。并且要最后一個(gè)稱量。

② 需要嚴(yán)格控制反應(yīng)速度，反應(yīng)過(guò)快，將導(dǎo)致在低種子液濃度下也產(chǎn)生大尺寸顆粒，使溶液顏色的辨識(shí)度下降。

③ 注意實(shí)驗(yàn)室防火、防止觸電、不要讓皮膚接觸到藥品。玻璃儀器要小心輕拿。

八、思考題

按照種子量的不同，最終的產(chǎn)物尺寸應(yīng)該發(fā)生怎樣的變化？對(duì)應(yīng)的吸收峰位應(yīng)該怎樣變化？最終的溶液顏色應(yīng)該是怎樣的？

參　考　文　獻(xiàn)

[1]　欒健.銀納米粒子表面等離子共振特性研究[D].長(zhǎng)春理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013.

[2]　周吉.銀納米材料可控合成及其在表面增強(qiáng)光譜中的應(yīng)用研究[D].吉林大學(xué)博士學(xué)位論文，2009.