王彥

摘 ? 要：納米級(jí)過(guò)氧化銀，其實(shí)是一種納米材料。這種材料的粒徑非常小，在1～100 nm。根據(jù)相關(guān)的理論研究，當(dāng)某種材料達(dá)到納米級(jí)時(shí)，也就意味著這種材料的基本物理性能和化學(xué)性能都發(fā)生了很大的變化。因此，相對(duì)于傳統(tǒng)的材料來(lái)說(shuō)，這種材料的性質(zhì)也比較獨(dú)特。如今，這種材料在化工領(lǐng)域、光電子學(xué)領(lǐng)域等多種領(lǐng)域中，都得到了十分廣泛的應(yīng)用。以納米級(jí)過(guò)氧化銀為例，探討了這種材料的化學(xué)制法和表征。

關(guān)鍵詞：納米材料;納米級(jí)過(guò)氧化銀;化學(xué)制法

從實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)，納米級(jí)過(guò)氧化銀，其實(shí)是一種帶隙接近1.2 eV的P型半導(dǎo)體。如今，這種材料在攝影器材、電池中的陽(yáng)極材料以及光學(xué)儲(chǔ)存器等方面，都得到了十分廣泛的運(yùn)用。并且，作為一種先進(jìn)的電機(jī)材料，納米級(jí)過(guò)氧化銀也開(kāi)始應(yīng)用于軍事、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。這種材料具有多種優(yōu)勢(shì)。但是，這種材料的制備比較復(fù)雜。如今，如何才能夠高效、快速地制備出這種材料，已經(jīng)成為一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。

1 ? ?納米級(jí)過(guò)氧化銀

從實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)，過(guò)氧化銀其實(shí)是一種十分特殊的材料。而且，這種材料不僅具有十分獨(dú)特的電化學(xué)特性、光化學(xué)性質(zhì)，還具有抗菌性能和強(qiáng)氧化性。也正是因?yàn)榫邆溥@些性質(zhì)，這種材料的應(yīng)用范圍十分廣泛，例如高比率蓄電池、高性能抗菌材料等。并且，這種材料的發(fā)展空間也非常大[1]。

但是，從另外一個(gè)角度來(lái)看，由于納米級(jí)過(guò)氧化銀的粒徑很小，存在較大的比表面積，在性能方面也會(huì)有一定的改變。而且，納米級(jí)過(guò)氧化銀的制備十分困難。因此，在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中，如何才可以更加高效、快速地制備出這種高純度的粉體，是相關(guān)專(zhuān)家十分關(guān)注的重點(diǎn)，也是一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)的研究，過(guò)氧化銀的純度越高，該材料粉體的粒徑就會(huì)越小。用這種純度較高的過(guò)氧化銀制成的高比率蓄電池往往在放電性能方面更具優(yōu)勢(shì)，用這種粉體制成的抗菌材料，抗菌性能也更好[2]。

在實(shí)際情況下，制備納米級(jí)過(guò)氧化銀粉體的方法主要有3種，其一是電化學(xué)法，其二是濺射法，其三是化學(xué)法。具體來(lái)說(shuō)，使用電化學(xué)法來(lái)制備納米級(jí)過(guò)氧化銀粉體，制備的速率比較慢，所得到的粉體純度也不夠高，會(huì)存在較多的雜質(zhì)。若使用濺射法，那么又會(huì)對(duì)相關(guān)的設(shè)備提出較高的要求。不過(guò)，通過(guò)這種方法制備出來(lái)的納米級(jí)過(guò)氧化銀粉體具有較高的純度，可以用于制備納米過(guò)氧化銀薄膜?；瘜W(xué)法的制備，需要的實(shí)驗(yàn)條件比較復(fù)雜，但是用在工業(yè)化生產(chǎn)中很適合。使用這種方法，可以通過(guò)控制具體的實(shí)驗(yàn)條件來(lái)提高過(guò)氧化銀粉體的純度，確保實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)性。

2 ? ?納米級(jí)過(guò)氧化銀的化學(xué)制法

2.1 ?準(zhǔn)備制作原料與工具

在制作納米級(jí)過(guò)氧化銀的過(guò)程中，需要用到的材料較多，例如碳酸銀、稀硝酸、碘化鉀、過(guò)硫酸鈉、稀硝酸以及稀鹽酸和去離子水等。

用到的工具包括燒杯、玻璃棒、滴管等。除此之外，針對(duì)過(guò)氧化銀粒子晶型結(jié)構(gòu)的測(cè)試，還使用了遼寧丹東方圓DX-2000型X射線衍射儀，測(cè)試所用靶材為銅。然后，將這一設(shè)備收集到的圖形與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對(duì)比，再根據(jù)對(duì)比情況標(biāo)定各組成相。利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察試樣的形貌和粒徑。

2.2 ?制備機(jī)理

在制備納米級(jí)過(guò)氧化銀時(shí)，所包含的反應(yīng)原理為：先通過(guò)碳酸銀與硝酸的反應(yīng)制取硝酸銀溶液。然后，將硝酸銀、過(guò)硫酸鈉以及氫氧化鈉置于堿性環(huán)境下，反應(yīng)生成過(guò)氧化銀粉體。在這個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，涉及的反應(yīng)方程式有：

（1）Ag2CO3+2HNO3→2AgNO3+CO2↑+H2O;

（2）2AgNO3+2NaOH→Ag2O↓+2NaNO3+H2O;

（3）Ag2O+Na2S2O8+2NaOH→2AgO↓+2Na2SO4+H2O[3]。

2.3 ?制備工藝

在此次實(shí)驗(yàn)中，納米級(jí)過(guò)氧化銀粉體制備工藝包括以下幾個(gè)步驟：

（1）先配制稀硝酸溶液，將濃度控制在0.2 mol/L。再配制氫氧化鈉溶液，將濃度控制在5 mol/L，這兩種溶液備用。然后，在燒杯中放入1.38 g（0.005 mol）的碳酸銀粉末，再向其中加入適量提前配制好的稀硝酸溶液，直到碳酸銀恰好完全溶解時(shí)停止。在這時(shí)，得到的硝酸銀溶液濃度大約為0.2 mol/L。但是，在該溶液中，還混有少量的稀硝酸固體。

（2）準(zhǔn)備一個(gè)容積為500 mL的燒杯，先向其中注入150 mL的去離子水。然后，向其中倒入2.38 g（0.01 mol）的過(guò)硫酸鈉，攪拌均勻。再往燒杯中加入0.174 g十二烷基苯磺酸鈉，繼續(xù)攪拌。

（3）用恒溫水浴裝置加熱燒杯，直到燒杯溶液溫度達(dá)到60 ℃。當(dāng)溶液溫度升至50 ℃時(shí)，加入適量的氫氧化鈉溶液，將溶液的pH調(diào)至12.50。然后，以2.5 mL/min的滴定速度往燒杯里面滴加硝酸銀溶液和氫氧化鈉溶液，將溶液的pH控制在12.50。完成之后，繼續(xù)恒溫?cái)嚢?0～30 min。

（4）當(dāng)燒杯中的溶液反應(yīng)完全后，過(guò)濾反應(yīng)產(chǎn)物，并且沖洗至濾液呈中性。

（5）將反應(yīng)沉淀物放在80 ℃的真空干燥箱中干燥24 h。然后，便可以得到納米級(jí)過(guò)氧化銀粉體。

3 ? ?實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析

3.1 ?控制過(guò)硫酸鈉與硝酸銀物質(zhì)的量之比很關(guān)鍵

從上述實(shí)驗(yàn)的原理可以知道，過(guò)硫酸鈉與硝酸銀的添加比例會(huì)對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物造成影響。在該反應(yīng)中，反應(yīng)物過(guò)硫酸鈉是一種強(qiáng)氧化劑，而反應(yīng)產(chǎn)物過(guò)氧化銀也具有氧化性[4]。所以，這兩種物質(zhì)的配比也會(huì)影響高價(jià)氧化銀的產(chǎn)量。

3.2 ?反應(yīng)體系酸堿性的控制很關(guān)鍵

從上述實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理可以知道，在制備納米級(jí)過(guò)氧化銀的過(guò)程中，需要嚴(yán)格地控制反應(yīng)環(huán)境，整個(gè)化學(xué)反應(yīng)都需要在堿性環(huán)境下進(jìn)行。并且，根據(jù)相關(guān)的研究，在制備納米級(jí)過(guò)氧化銀的過(guò)程中，當(dāng)反應(yīng)體系的pH<13.00時(shí)，所得到的粉體中過(guò)氧化銀的質(zhì)量濃度就會(huì)較低。因?yàn)?，氫氧化鈉的用量少，那么就很難將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的硫酸中和，整個(gè)反應(yīng)環(huán)境為酸性，生成的過(guò)氧化銀會(huì)與硫酸發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致過(guò)氧化銀的質(zhì)量濃度比較低。當(dāng)反應(yīng)體系的pH≥13.00時(shí)，所得到的粉體中過(guò)氧化銀的質(zhì)量濃度就會(huì)大大提高[5]。所以，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，需要將反應(yīng)體系的pH控制在13.00以上。

3.3 ?控制反應(yīng)溫度很關(guān)鍵

根據(jù)相關(guān)的研究，溫度對(duì)于過(guò)氧化銀的形成來(lái)說(shuō)，具有十分明顯的影響。在反應(yīng)過(guò)程中，如果溫度比較低，就很不利于過(guò)氧化銀的形成，反而會(huì)生成很多氧化銀。如果溫度比較高，過(guò)氧化銀就會(huì)溶解，從而導(dǎo)致過(guò)氧化銀先轉(zhuǎn)化為氧化銀，然后轉(zhuǎn)化成銀。因此，在制備納米級(jí)過(guò)氧化銀的過(guò)程中，需要嚴(yán)格地控制反應(yīng)溫度。根據(jù)相關(guān)的研究，在反應(yīng)溫度為60 ℃時(shí)，制得的粉體中過(guò)氧化銀的質(zhì)量濃度最高。因此，在制備的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將60 ℃定為最佳的反應(yīng)溫度。

3.4 ?控制反應(yīng)時(shí)間很關(guān)鍵

從實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)，納米粉體通常具有獨(dú)特的納米效應(yīng)。在具體的應(yīng)用過(guò)程中，其所具有的納米效應(yīng)是否可以得到體現(xiàn)，通常與粉體微粒的團(tuán)聚粒徑大小有關(guān)。在具體情況下，這種團(tuán)聚粒子粒徑甚至可以達(dá)到一次粒徑的幾倍、幾十倍，甚至是上百倍。因此，在制備納米級(jí)過(guò)氧化銀的過(guò)程中，如何控制納米粉體的聚集狀況，也是需要考慮的重要問(wèn)題。根據(jù)相關(guān)的研究，在制備納米級(jí)過(guò)氧化銀的過(guò)程中，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，粉體二次團(tuán)聚粒徑也會(huì)逐漸增大。粒子的聚集，也會(huì)使得粒徑隨之增大。因此，在這種情況下，反應(yīng)時(shí)間過(guò)短也無(wú)法控制晶體的生長(zhǎng)。所以，可以將反應(yīng)時(shí)間控制在30 min。

3.5 ?XRD分析

X射線衍射（X-Ray Diffraction，XRD）指借助X射線在樣品晶體中的衍射現(xiàn)象來(lái)分析材料的晶體參數(shù)、結(jié)構(gòu)以及質(zhì)量濃度等內(nèi)容的方法。并且，這種方法的分析精度比較高。在制備納米級(jí)過(guò)氧化銀之后，直接可以利用XRD來(lái)對(duì)反應(yīng)生成的粉體中的物相組成進(jìn)行表征分析，可以得出過(guò)氧化銀的質(zhì)量濃度、形貌以及具體的粒徑。

4 ? ?實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在上述實(shí)驗(yàn)中，從納米級(jí)過(guò)氧化銀粉末的制備全過(guò)程中，可以得到以下幾個(gè)結(jié)論：

（1）在溶液的加入過(guò)程中，當(dāng)過(guò)硫酸鈉與硝酸銀物質(zhì)的量比為1∶1時(shí)，過(guò)氧化銀在粉體中的質(zhì)量濃度是最高的。納米級(jí)過(guò)氧化銀粉體的制備反應(yīng)通常都需要在氧化的環(huán)境中進(jìn)行。因此，反應(yīng)中滴加的過(guò)硫酸鈉溶液也應(yīng)當(dāng)適當(dāng)過(guò)量，但是不能添加太多。否則，就很有可能生成硫酸銀，從而導(dǎo)致過(guò)氧化銀的質(zhì)量濃度下降。

（2）在制備納米級(jí)過(guò)氧化銀的過(guò)程中，隨著反應(yīng)溶液pH的升高，得到的粉體中過(guò)氧化銀的質(zhì)量濃度也會(huì)逐漸增長(zhǎng)。不過(guò)，增長(zhǎng)的速度比較緩慢。當(dāng)pH=13.40時(shí)，過(guò)氧化銀的質(zhì)量濃度達(dá)到最高。

（3）在溫度不斷升高的過(guò)程中，溶液中的反應(yīng)速度也在不斷加快。并且，在溫度比較低的情況下，所生成的中間產(chǎn)物也比較多。

（4）無(wú)論反應(yīng)時(shí)間過(guò)短還是過(guò)長(zhǎng)，都對(duì)該反應(yīng)不利，對(duì)晶粒的生長(zhǎng)也是不利的。在反應(yīng)時(shí)間不斷延長(zhǎng)的背景下，粉體二次團(tuán)聚粒徑也會(huì)隨之增大。這樣一來(lái)，其比表面積就會(huì)減小。這對(duì)于納米材料特定功能的發(fā)揮是十分不利的。因此，將反應(yīng)時(shí)間控制在30 min比較合理。

（5）在制備納米級(jí)過(guò)氧化銀的過(guò)程中，表面活性劑的添加量并不會(huì)在很大程度上影響粉體中過(guò)氧化銀的質(zhì)量濃度。但是，卻會(huì)在很大程度上影響納米級(jí)過(guò)氧化銀粉體的微觀形貌及粒徑。所以，在制備過(guò)程中，也需要嚴(yán)格地控制表面活性劑的添加量。

（6）總體來(lái)說(shuō)，在制備納米級(jí)過(guò)氧化銀時(shí)，最佳反應(yīng)條件為：pH=13.40，過(guò)硫酸鈉與硝酸銀物質(zhì)的量比為1∶1，反應(yīng)溫度需要控制在60 ℃，而具體的反應(yīng)時(shí)間則需要控制在30 min。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

針對(duì)納米級(jí)過(guò)氧化銀的制備，通常需要嚴(yán)格地控制相關(guān)的實(shí)驗(yàn)條件，例如原料之間的比例、反應(yīng)的酸堿性、反應(yīng)時(shí)間以及反應(yīng)溫度等。只有充分地控制好了這些因素，才能獲得較高的過(guò)氧化銀質(zhì)量濃度，并且使得過(guò)氧化銀粉體的納米性能得到充分發(fā)揮。

[參考文獻(xiàn)]

[1]周洋洋.高比容量過(guò)氧化銀電極制備和電性能研究[J].電源技術(shù)，2019，43（10）：1 699-1 700，1 721.

[2]李 夢(mèng)，劉亞飛，趙 欣，等.超細(xì)至納米級(jí)過(guò)氧化銀的化學(xué)制法及其表征[J].新技術(shù)新工藝，2018（4）：23-27.

[3]肖 陽(yáng)，刁 平.過(guò)氧化銀電極制備和電性能研究[J].電源技術(shù)，2017，41（7）：1 017-1 019.

[4]劉延?xùn)|，劉孟峰.聚乙烯醇對(duì)過(guò)氧化銀電極分解和電性能的影響[J].電源技術(shù)，2015，39（7）：1 490-1 492.

[5]劉 瑛，林 沛.銀粉形貌對(duì)其氧化物倍率性能的影響研究[J].電源技術(shù)，2014，38（10）：1 864-1 865，1 948.