活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　銀是等離子體中比較重要的材料之一。在過去人們一直在努力地調整各種銀納米結構的尺寸。然而，銀納米帶尚未系統地研究以調整其尺寸以獲得可控的等離子體響應。在這里，我們展示了銀納米帶通過原電池反應機制在整體活性炭的上大量生長。還展示了活性炭對貴金屬納米結構的可控合成中簡單方法的多功能性。

　　活性炭上銀納米帶的合成

　　銀納米帶的合成首先，約將氧化銀粉末加入到含有去離子水的玻璃燒杯中以制備飽和的氫氧化銀溶液(大部分氧化銀留在燒杯的底部，因為氧化銀僅微溶于水)。然后，將載銀活性炭浸入氫氧化銀溶液中48小時以合成銀納米帶。通過將玻璃燒杯置于水浴中來控制反應介質的溫度。所有實驗均在黑暗中進行以避免銀光還原。豐富多彩的銀納米帶產品，如圖2所示用鑷子將其從載銀活性炭底物上分離，用清洗循環純化并用去離子水或乙醇離心，最后分散在無水乙醇中進行樣品表征。

　　圖1顯示了在活性炭上生長的銀納米帶的典型電子顯微鏡(EM)圖像。SEM圖像(圖1a)顯示獲得了豐富的線狀產物，具有非常少的準球形顆粒雜質。圖1b是銀納米帶的典型TEM圖像。該圖中所示的納米帶的平均寬度為約45納米。從左側附近的扭曲納米帶測量的厚度為約9納米。位于TEM網格上的這種平坦且光滑的納米結構也通過右側的莫爾圖案來證實，其源自具有不同晶體取向的兩個或三個納米帶的堆疊。圖1c呈現單個納米帶的TEM圖像。其選擇區域電子衍射(SAED)圖案插入右上角，具有六重對稱性。

　　圖1：在活性炭上制備的銀納米帶的典型EM圖像。

　　不同溫度下活性炭制備的銀納米帶

　　通過在不同溫度下活性炭上制備的這些銀納米帶在普通日光照射下顯示出不同的顏色。對于上述五個銀納米帶樣品，拍攝數字照片并顯示在圖2中。納米帶1-5分別呈淺藍色，藍紫色，紅色，藍色和紫色。這些生長的彩色納米帶放置在活性炭基板上，看起來像彩色海藻，可以通過塑料鑷子輕松分離并分散在合適的溶劑中。值得注意的是，雖然已經有多種方法制備貴金屬納米帶，和一些方法似乎對它們的大小一些可調諧性。我們簡單的合成方法可以提供競爭性的替代方案來調整貴金屬納米帶的尺寸和物理性質。

　　圖2：在不同溫度下在活性炭上生長的銀納米帶的數碼照片。

　　銀納米帶在活性炭上生長的原電池機制

　　預載在活性炭上的金屬顆粒可以充當電子導體和異質成核位點。由于銀離子通過電池-電池機制被活性炭微孔內的官能團還原，即在納米帶生長期間電子從活性炭內部轉移到外表面，因此緊密結合的金屬顆粒應該是更好的電子導體。因此，銀離子應優先在這些預加載的金屬顆粒上而不是在碳基底上還原為氧化銀。另外，可能是由于金屬顆粒表面的催化性質，銀離子提供的濃度如此之低可以減少在水中的溶解，克服成核障礙并生長成納米帶。在沒有預加載的貴金屬顆粒的情況下，我們發現在將活性炭長時間浸入含有氧化銀和去離子水的燒杯中后，不會出現銀產物。該觀察結果進一步暗示了金屬顆粒作為銀納米帶的生長引發劑的先決條件。這些金屬顆粒也提供基板，打破了反應環境的對稱，和施加幾何約束適合于銀的各向異性生長納米帶。此外，我們發現銀納米帶的厚度約為在預裝有微米級金屬顆粒的活性炭上，13納米可以大量生長。為了解釋這種現象，這些銀納米帶可能從金屬顆粒尖銳邊緣或頂點生長出來。由于銀納米帶的生長是擴散限制的動力學控制過程，金屬顆粒的角落可能有更多機會與銀離子相互作用并成為快速生長的位置，確保納米帶的小尺寸，而不管引發金屬顆粒。

　　圖3：通過將載金屬活性炭浸入微溶的氧化銀上清液中來生長銀納米帶的原電池機制的示意圖。

　　這種用活性炭上生長的納米銀帶的方法，其具有可調節的尺寸和尺寸依賴的等離子體響應。通過在活性炭上通過原電池機制還原具有表面官能團的銀離子來合成銀納米帶。在活性炭上加載金屬顆粒作為異相成核位點，選擇微溶的氧化銀作為銀前體以控制銀離子的釋放，合作促進蓬松銀納米帶的穩定生長，寬度為幾十納米，厚度可達約13納米。發現銀納米帶的寬度與反應溫度正相關，而厚度可能更多地取決于預裝在活性炭上的金屬顆粒。寬度/厚度比也與橫向等離子體吸收峰值波長正相關，橫向等離子體吸收峰值波長位于可見光區域并賦予具有可調顏色的納米帶。本文是使用活性炭為載體化學生產具有可調尺寸銀納米帶的一次嘗試。

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