磁性納米復合粒子Ag@Fe2 O3的制備及表征

鄧祥，楊楊，趙軍，何杰，鄒貴梅，黃小梅

(四川文理學院 化學化工學院，四川 達州 635000)

納米復合材料是近年來備受關(guān)注的一類新型多功能材料［1］，通過對裸核粒子進行包裹，大大提高核粒子的分散性和穩(wěn)定性，改變或增強其原有性能，為開發(fā)納米材料多功能性的潛在應(yīng)用價值提供良好的基礎(chǔ)［2］。近年來，在納米材料領(lǐng)域，Ag 納米粒子得到了廣泛研究［3］。銀納米粒子具有良好的生物兼容性、很強的殺菌能力和表面易于修飾等優(yōu)點，能夠應(yīng)用于醫(yī)用材料、抗菌材料、生物分離純化和生物標記等方面［4］。此外，F(xiàn)e2O3納米粒子是一種性能優(yōu)良的磁性材料，由于其獨特的性能在材料、醫(yī)藥、生物等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［5-7］，同時不同結(jié)構(gòu)的Fe2O3納米材料的制備方法也成為大家研究的熱點［8-10］。研究表明，F(xiàn)e2O3納米粒子具有較好的光、電催化性能［11］。因此，Ag 納米粒子采用Fe2O3磁性納米粒子進行表面修飾制備成磁性復合納米材料，可以應(yīng)用于生物醫(yī)學的很多領(lǐng)域，比如造影成像、臨床診斷、生物標記、藥物和酶的固定化以及分離等領(lǐng)域。

目前，有關(guān)Co/Au 復合納米粒子［12］、Fe3O4/Au和Fe3O4/Au/Ag 復合納米粒子［13］、Fe3O4/聚苯胺/Au 磁性納米復合材料［14］的制備已有報道。但是，有關(guān)Ag/Fe2O3納米復合粒子的報道很少，特別是Ag@Fe2O3納米復合粒子的合成。本文主要介紹了一種合成Ag@Fe2O3磁性復合納米粒子的方法，并對反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和原料用量實驗條件進行了優(yōu)化。在本實驗中Ag@Fe2O3磁性復合納米粒子的產(chǎn)率較高，有望應(yīng)用于光電催化、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

三乙酰丙酮鐵(98%)、油胺(80% ～90%)、十六醇(98%)、油酸、硝酸銀、正己烷、乙醇等均為分析純;實驗用水均為超純水。

TECNAI 10 透射電子顯微鏡;FA1024N 型電子分析天平;SB-120DTN 超聲波清洗機;TG20-WS 型離心機;UV-2550 型紫外-可見分光光度計;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器。

1.2 磁性納米復合粒子Ag@Fe2O3 的制備

在50 mL 的三頸燒瓶中分別加入0.5 mL 油酸、0.5 mL 油胺和5 mL 十六醇，混合物在攪拌條件下加熱到220 ℃后，然后加入51 mg 硝酸銀(AgNO3)，反應(yīng)1 h，冷卻到160 ℃，向混合物中加入160 mg 乙酰丙酮鐵(Fe(acac)3)反應(yīng)2 h，再冷卻到室溫，加入乙醇洗滌，離心收集，最后用乙醇和正己烷洗滌2 ～3 次，離心收集，最后產(chǎn)品分散于正己烷中保存。制備過程見圖1。

圖1 Ag@Fe2O3 的制備過程Fig.1 The preparation process of Ag@Fe2O3 composite nanoparticles

2 結(jié)果與討論

2.1 TEM 表征

Ag 納米粒子和Ag@ Fe2O3納米復合粒子用TEM 進行表征，見圖2。

圖2 Ag 納米粒子(A)和Ag@Fe2O3 納米復合粒子(B)的TEM 照片F(xiàn)ig.2 TEM images of Ag nanoparticles(A)and Ag@Fe2O3 composite nanoparticles(B)

2.2 反應(yīng)溫度的優(yōu)化

在一定溶劑用量和0.3 mol AgNO3情況下，反應(yīng)時間為1 h，討論了反應(yīng)溫度對Ag 納米粒子產(chǎn)率的影響，同時在0.3 mol 乙酰丙酮鐵條件下，反應(yīng)時間為1 h，討論了第二步反應(yīng)中反應(yīng)溫度對Ag@Fe2O3納米復合粒子的影響，結(jié)果見圖3、圖4。

圖4 反應(yīng)溫度對Ag@Fe2O3 納米復合粒子產(chǎn)率的影響Fig.4 The effect of reaction temperature on Ag@Fe2O3 composite nanoparticles yield

由圖3、圖4 可知，在反應(yīng)時間相同的條件下，第一步在反應(yīng)溫度為220 ℃時，產(chǎn)率為92%，第二步反應(yīng)溫度在160 ℃時，其產(chǎn)率達到75%，比其它溫度條件下的效果好。

2.3 反應(yīng)時間的優(yōu)化

在一定溶劑用量和0.3 mol AgNO3情況下，反應(yīng)溫度為220 ℃，討論了反應(yīng)時間對Ag 納米粒子產(chǎn)率的影響，同時在0.3 mol 乙酰丙酮鐵條件下，反應(yīng)溫度為160 ℃，討論了第二步反應(yīng)中反應(yīng)時間對Ag@Fe2O3納米復合粒子的影響，結(jié)果見圖5、圖6。

由圖5、圖6 可知，在反應(yīng)溫度恒定的情況下，兩步反應(yīng)的產(chǎn)率都隨著反應(yīng)時間的增加而增大，當反應(yīng)達到完全時，產(chǎn)率不再增加。因此，第一步反應(yīng)的最佳時間為1 h，第二步反應(yīng)的最佳時間為2 h。

圖5 反應(yīng)時間對Ag 納米粒子產(chǎn)率的影響Fig.5 The effect of reaction time on Ag nanoparticles yield

圖6 反應(yīng)時間對Ag@Fe2O3 納米復合粒子產(chǎn)率的影響Fig.6 The effect of reaction time on Ag@Fe2O3 composite nanoparticles yield

2.4 原料用量的優(yōu)化

在溶劑用量、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度都確定的條件下，討論了原料AgNO3和Fe(acac)3的用量對Ag@Fe2O3納米復合粒子的影響，結(jié)果見圖7。

圖7 原料用量的影響Fig.7 The effect of the amount of raw materials on yield

由圖7 可知，反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)率隨著Fe(acac)3用量的增加而增大，說明反應(yīng)過程中需要Fe(acac)3過量，當AgNO3/Fe(acac)3的物質(zhì)的量之比達到1 ∶1.5 后，其產(chǎn)率不再增加，達到最大值84%。

3 結(jié)論

以油酸、油胺和十六醇作溶劑，實現(xiàn)了Ag@Fe2O3磁性納米復合粒子的制備，并對反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間和原料用量實驗條件進行了優(yōu)化，得到了較好的實驗效果。該合成方法簡單、成本較低，為系列磁性納米復合粒子的制備提供了實驗依據(jù)。可以預測，磁性納米復合粒子也將作為一種低成本的納米材料應(yīng)用于材料、電化學分析、光催化和生物成像等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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