【新材料创新】两相体系连续合成和分离银纳米颗粒

连续两相合成，除了两种PEG溶液（试剂）外，还使用互补的TSC溶液（纯的或富含TSC的）来产生分段流。

图2:微通道反应器中连续合成Ag纳米颗粒示意图（a）单相流动和（b）两相流动

如示意图2b所示：将含有NaOH和AgNO3的PEG溶液连接到T型接头。将含有TSC溶液的第二个注射泵通过第二个T形接头与第一个T形接口的出口混合。将来自三个注射泵（第二个T形接头的出口）的合并溶液连接到用于反应的毫米微通道中。

这里，每个试剂溶液的流速保持在5μL/min，补充TSC溶液的流速维持在10μL/min。对于连续合成模式，毫米微通道反应器中的总流量保持在20μL/min。

纳米粒子表征：

• 通过观察LSPR来监测AgNPs的形成。

• 使用JASCO的V-630型紫外可见分光光度计分析了300?900nm范围内的LSPR。

•  为了消除基质效应，考虑使用适当的空白溶液（纯PEG或富含PEG的溶液或不含AgNP的去离子水）进行基线校正。

• 利用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对其形态特征进行了分析。

强化传质后合成纳米粒子反应的一步合成和连续分离结果。

如图3所示，使用富含PEG的溶液和富含TSC的溶液在毫通道中建立分段流动状态，产生尺寸均匀的液滴。

图3：ATPS在微通道反应器中的分段流动

AgNPs是在富含PEG的溶液中合成的，通过在微通道反应器中使用富含TSC的溶液形成两相分段流。收集反应器的出口流体，并对截留在界面处的纳米颗粒进行进一步分析。

• 分散在去离子水中的纳米颗粒的LSPR如图4a所示。该峰在450nm处显示出λmax，并且与在纯PEG溶液中连续两相合成获得的峰相比稍微窄。

•  这里合成的颗粒的SEM和TEM图像以及晶格条纹如图4b?e所示。同时观察到（111）的晶格平面，d间距值为0.25。

•  图4f所示尺寸分布直方图的平均粒径为19 nm，标准偏差为10 nm。与在纯PEG和纯TSC的两相连续反应中获得的纳米颗粒相比，合成的纳米颗粒的平均尺寸略小。

综上实验分析，使用PEG溶液作为还原剂，在NaOH的帮助下，TSC（ATPS的互补相）仅用于建立相分离。纳米颗粒被吸引到界面并被困在两相接触面。范德华力和对流传质在将纳米颗粒带到界面上起着重要作用。

在使用富含PEG和富含TSC相的分段流动合成中，一旦形成的纳米颗粒逐渐向界面移动并被捕获，因此在这里，对流传质的作用是最小的；

因此可以认为，对于纳米颗粒的连续分离，范德华吸引力相比对流力占主导地位，使得颗粒聚集在两相交界处，因此能够连续的进行分离。

表1列出了使用不同操作程序合成的纳米颗粒的特性。

表1  不同合成工艺制备的AgNPs的性能比较

总体而言，连续流合成反应可以使AgNPs的形状可控。与间歇反应相比，产生更好的产品质量。当使用单相或两相连续合成时，颗粒多分散性和额外的下游步骤之间存在权衡利弊。

目前，合成是在PEG溶液中进行的，PEG溶液是一个连续相。这也可能是扩宽颗粒分布的一个原因。可以通过在分散相中进行合成来实现对颗粒尺寸分布的精确控制。这可以通过进行相位反转来实现，该课题组未来的工作将集中在这一点上。