硝酸铵对纳米颗粒粒径减小的影响

摘要

在喷雾溶液中加入硝酸铵作为发泡剂，以减小喷雾热解过程中合成的纳米颗粒的粒径。硝酸铵能有效地打破气溶胶液滴的大小，产生直径约为一个数量级(从200到20纳米)的纳米颗粒，比饲料溶液中没有硝酸铵时产生的纳米颗粒小。该技术使金属纳米颗粒的粒径控制在20 nm以下成为可能。

1.介绍

在合成期间，纳米颗粒直径在10-20nm的范围内的尺寸控制仍然是当前相关性的技术挑战。喷雾热解用于合成银纳米粒子从银硝酸银水溶液[1］．要得到所需的粒径，浓度在的范围内M的饲料溶液是必要的。这对于纳米颗粒的商业化合成是有问题的;纳米粒子的生产速度将非常低。观察到，当接近亚纳米范围时，通过降低浓度来进一步减小粒径变得困难。需要一种高速率的工艺来生产小于5纳米的颗粒[2］．在这篇文章中，介绍了在中等原料前驱体浓度下的小纳米颗粒的生产。

文献中描述了各种粒子还原技术[3.-9.］．已经采用了几种机制和方法来研究氨对粒径的影响。Arriagada和Osseo-Asare [3.发现氨的存在减小了微乳液的尺寸和最终的粒径。采用氨水合成粒径为8 nm的纳米晶氮化铝粉体[4.］．Borgna等人[5.]观察到在进料流中引入氨气时，颗粒的分布很窄。氨气也被用来合成细金属锡颗粒[6.当氨气流量增加时，发现粒度减小的情况下，粒径降低。托马斯[7.]使用氨催化水解，并观察到粒度显着影响。Park等人完成的研究。[8.表明氨浓度是影响二氧化硅纳米颗粒粒径的参数之一。

在喷雾热解中使用氨在文献中观察到很少。在该研究中，在液滴的水相中产生氨以减少气溶胶尺寸，从而在进料溶液中使用中度至高前体浓度的粒度产生较小的粒度。

2.实验

通过喷雾热解产生纳米颗粒，水性进料溶液产生，该饲料溶液从滴定物中饲喂到雾化器中。将雾化喷雾排出到保持温度下保持的反应室。实验装置和操作程序的详细说明可以在我们之前的工作中找到[1］．使用硝酸铵（M)给前驱体喂入溶液。金属纳米颗粒样品收集在反应器底部与工艺流程垂直的单独的石英板上。利用JEOL 200CX透射电镜或日立S-3200 N扫描电镜，手工计算样品的粒径。用透射电镜分析的样品采集在200目镍网格上，表面有formvar涂层。

3.结果与讨论

3.1。银

在三组实验条件下，在原料溶液中分别制备了含硝酸铵和不含硝酸铵的纳米颗粒样品。表格1比较了在工艺原料溶液中有硝酸铵和没有硝酸铵产生的银纳米颗粒的大小。当硝酸铵存在时，平均粒径减小。数字1显示了饲料溶液中不含硝酸铵的纳米银粒子的SEM和TEM图像。在同一溶液原料中加入硝酸铵，平均粒径由302 nm降至16 nm。在以前的研究中已经描述了氨存在时的这种颗粒还原[3.-6.］．在这项工作中，假设氨气的产生导致气溶胶液滴的物理破坏，并可能影响水的表面张力。这可以看作是由化学反应(硝酸铵的分解)引起的快速相转变，在现有液相中引起剧烈的传质效应。热解过程中形成的氨气大大减小了气溶胶液滴的尺寸，导致纳米颗粒尺寸更小。


实验条件			结果
实验条件			没有nN	NN

浓度(N)	权力（w）	温度(^°C）	尺寸（nm）	尺寸（nm）
	8.	800	294	14.
	8.	700	301	17.
	4.	800	310	19.

（一种）

（b）

图1

^° 在硝酸铵的不存在（a）和存在（b）中产生的银纳米粒子的尺寸比较。图像（a）呈现银纳米粒子（301nm）的SEM图像，不含硝酸铵;图像（b）是用硝酸铵存在的纳米颗粒（17nm）的TEM图像。这两个实验都在运行M(前体浓度)，700C(工作温度)，8 W(雾化器功率)。

３．２．钌、镍

实验使用其他金属氯化系统，如钌和镍，来合成这些金属的金属纳米颗粒。在这些饲料溶液中又使用了硝酸铵。表格2比较了原料溶液中硝酸铵和氯化钌合成纳米钌的结果。SEM和TEM图像如图所示2得到了钌纳米粒子，并用于测定粒子的平均直径。考虑到硝酸铵的作用会降低颗粒的粒径，因此采用较高的进料溶液浓度，而雾化功率和反应器温度在操作范围内保持在较低的范围内。这提供了在最佳反应器条件下操作实验的灵活性。以较高的饲料溶液浓度合成了平均粒径较大的纳米颗粒;平均粒径小于50 nm，粒径分布相对单分散。直径小于20 nm的颗粒也有类似的分布。平均粒径也可能取决于溶液的密度，而密度随溶液的性质而变化，尽管这种影响预计是很小的。


实验条件			结果
实验条件			没有nN	NN

浓度(N)	权力（w）	温度(^°C）	尺寸（nm）	尺寸（nm）
	5.	700	350.	31.
	5.	700	310	10.

（一种）

（b）

图2

^° 无硝酸铵(a)和有硝酸铵(b)情况下产生的钌纳米粒子的尺寸比较。图(a)为不含硝酸铵的310 nm钌纳米颗粒的扫描电镜图;图(b)是在硝酸铵存在下生成的10 nm钌纳米粒子的透射电镜图。这两个实验都在运行M(前体浓度)，700C(工作温度)和5 W(雾化器功率)。

表格3.展示从进料溶液中存在的硝酸铵合成的镍纳米粒子的结果。类似于银和镍纳米粒子，也可以获得镍纳米颗粒的SEM和TEM图像，如图所示3.．操作条件与使用氯化钌进行的实验相似。金属盐的性质对其分布和平均粒径的影响最小。从平均粒径分布上可以看出，氯化钌和氯化镍盐具有相似的结果。这项工作的另一个重要发现是，平均纳米颗粒的大小随着前驱体浓度的降低而减小。有硝酸铵和没有硝酸铵时，饲料溶液浓度都有影响。这一点从表中可以明显看出2当前驱体浓度降低时，钌纳米粒子的粒径从350 nm减小到310 nm(无硝酸铵)，从31 nm减小到10 nm(有硝酸铵)M M. Table3.显示了镍纳米粒子的类似趋势。对我们之前的作品讨论了对前体浓度对粒径的影响[1］．操作参数和硝酸铵在原料中的效果是确定尺寸分布的主要因素。用氨硝酸盐获得的银，钌和镍颗粒的粒度分布如图所示4.．如该图所示，向进料溶液中添加氨硝酸盐不仅降低了平均粒径，而且还使纳米颗粒更均匀地分散。


实验条件			结果
实验条件			没有nN	NN

浓度(N)	权力（w）	温度(^°C）	尺寸（nm）	尺寸（nm）
	5.	700	290.	24.
	5.	700	246.	9.

（一种）

（b）

图3.

^° 在硝酸铵的不存在（a）和存在（b）中产生的镍纳米粒子的尺寸比较。图像（a）是没有硝酸铵的镍纳米颗粒（246nm）的SEM图像，而图像（b）是用硝酸铵制备的镍纳米颗粒（9nm）的粒度分布的TEM图像。这两个实验都经营M(前体浓度)，700C（工作温度）和5 W（雾化器电源）。

4。结论

实验证明了在前驱体溶液中加入硝酸铵作为发泡剂以减小喷雾热解过程中合成的纳米颗粒尺寸的可行性。在喷雾原料溶液中加入硝酸铵后，喷雾热解法制备的银、钌、镍纳米颗粒的平均粒径由200 ~ 300 nm降至10 ~ 20 nm。认为硝酸铵分解产生的氨气大大减小了气溶胶液滴的大小和金属纳米颗粒的最终尺寸。

参考文献

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纳米技术杂志》

摘要

1.介绍

2.实验

3.结果与讨论

3.1。银

３．２．钌、镍

4。结论

参考文献

版权

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