本发明专利技术公开了一种多极子局域表面等离子体共振吸收体的制备方法及其应用，通过改进核壳的制备方法，通过纳米复合核壳结构材料改进单个纳米吸收体的光吸收特性，得到的单个多极子局域表面等离子体共振吸收体在200‑1300nm范围内有四个等离子体共振吸收峰，拓宽吸收体的吸收光谱，解决了单个吸收体的光吸收特性改进难的问题，开创了改进单个吸收体的光吸收特性的新方法，为如何改进单个吸收体的光吸收体特性提供了一种可行策略，同时多极子局域表面等离子体共振吸收体的综合光热性能优异，可高效俘获低能量密度的太阳光，可快速、高效产生高温过热光热蒸汽，解决了光热转换难以同时产生高温、快速、高效的光热蒸汽的难题。
Preparation and application of a multipole local surface plasmon resonance absorber
【技术实现步骤摘要】
一种多极子局域表面等离子体共振吸收体的制备方法及其应用
：本专利技术涉及纳米吸收体的光热转换
，具体涉及一种多极子局域表面等离子体共振吸收体的制备方法及其应用。
技术介绍
：目前贵金属纳米结构材料的局域表面等离子体共振(LocalizedSurfacePlasmonResonance,LSPR)具有很强的场增强效应，LSPR吸收体与入射光发生共振作用，产生强大的高温热点(hot-spots)，并在极短时间内将能量传递给周围的介质，热点作为热源驱动周围的介质快速汽化相变可以在极短时间(100ps至10ns)内把电磁能转化为热能。同时LSPR吸收体进行光热转换仅加热热点周围的介质，具有很强的局域性，因此LSPR吸收体可以产生高温光热蒸汽。尽管LSPR吸收体的吸收光谱可以大范围调控，可快速产生高温光热蒸汽，但是单一结构的LSPR吸收体的吸收光谱通常为孤立的一个或几个吸收峰，吸收光谱的覆盖范围有限，这极大的限制了LSPR吸收体光热转换的性能。光热蒸汽需要使用太阳光作为光源，利用LSPR吸收体的强大的高温热点快速驱动周围介质汽化相变，这就对LSPR吸收体的LSPR光谱有了更高的要求，LSPR光谱需要与太阳光谱匹配，对可见光的吸收要强。提高光热转换性能，关键是要改进吸收体的光吸收特性包括吸光吸收强度和吸收光谱的吸收范围，是从本源上改进光热转换性能的最佳方式，但是单个吸收体的光吸收特性很难改进。由于单一结构的LSPR吸收体的吸收光谱通常为孤立的一个或几个吸收峰，吸收光谱的覆盖范围有限，对于局域表面等离子体共振吸收体的光吸收特的调控，目前主要调控吸收体的吸收峰位，虽然LSPR吸收体的吸收峰峰位可以从紫外-可见-近红外光区内大范围调控，但拓宽单个吸收体的吸收光谱范围尚无有效可行的方法。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种多极子局域表面等离子体共振吸收体的制备方法及其应用，通过改进核壳的制备方法，通过纳米复合核壳结构材料改进单个纳米吸收体的光吸收特性，得到的单个多极子局域表面等离子体共振吸收体(记为α-Fe2O3@AgNPs)在200-1300nm范围内有四个等离子体共振吸收峰，首次实现单个吸收体的多个吸收峰特性，拓宽吸收体的吸收光谱，解决了单个吸收体的光吸收特性改进难的问题，开创了改进单个吸收体的光吸收特性的新方法，为如何改进单个吸收体的光吸收体特性提供了一种可行策略，同时多极子局域表面等离子体共振吸收体的综合光热性能优异，可高效俘获低能量密度的太阳光，可快速、高效产生高温过热光热蒸汽，解决了光热转换难以同时产生高温、快速、高效的光热蒸汽的难题。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：一种多极子局域表面等离子体共振吸收体的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)α-Fe2O3纳米粒(hematitenanorice)的制备：配置15-25mM的FeCl3水溶液，加入pH缓冲剂使反应液中缓冲剂的浓度为200-600μM，搅拌均匀后95-102℃反应48-72h，反应完成后，离心分离出产物，使用去离子水洗涤3次，再使用无水乙醇洗涤1-2次，洗涤后的样品在烘箱中干燥得到α-Fe2O3纳米粒粉体，密封保存；(2)α-Fe2O3-Sn2+的制备：取步骤(1)得到的α-Fe2O3纳米粒粉体分散于去离子水中，搅拌均匀，α-Fe2O3浓度为0.008-0.012g/ml，加入0.1-0.3M的含Sn2+的化合物，搅拌均匀后加入浓盐酸，Fe2O3纳米粒粉体、Sn2+与浓盐酸摩尔比为1:(1.6-4.8):(0.96-2.88)，快速搅拌5-10min，再缓慢搅拌30min，使α-Fe2O3纳米粒表面充分吸附Sn2+；反应液离心分离，用去离子水或蒸馏水或超纯水离心洗涤3-5次，再分散于去离子水或蒸馏水或超纯水中得到α-Fe2O3-Sn2+溶液；(3)α-Fe2O3@AgNCs的制备：步骤(2)中制备α-Fe2O3-Sn2+溶液中加入0.2-0.4M新配置的银氨溶液，银氨溶液中银氨与α-Fe2O3-Sn2+溶液Sn2+摩尔比大于2：1，室温搅拌、超声反应20-30min，反应液离心分离，沉降物使用去离子水离心洗涤2-3次后，再分散至去离子水中，得到α-Fe2O3纳米粒表面负载Ag纳米晶(AgNCs)的分散液，记为α-Fe2O3@AgNCs分散液；α-Fe2O3@AgNCs上的Ag纳米晶粒径10-15nm；(4)α-Fe2O3@AgNPs的制备：步骤(3)中制备α-Fe2O3@AgNCs分散液搅拌均匀与含有1.5-3.0mM的AgNO3和0.9-1.2wt％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶液混合，搅拌8-12min后，加入甲醛和浓氨水，40-70℃加热反应0.5-1.2h，反应液离心分离，沉降物使用去离子水离心洗涤3-5次，α-Fe2O3@AgNCs、AgNO3、聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比1:(1.5-3.0):0.33，甲醛和浓氨水的体积比为1:1.5-3，终产物分散于去离子水中得到多极子局域表面等离子体共振吸收体分散液，简记为α-Fe2O3@AgNPs；其中聚乙烯吡咯烷酮浓度以单体计算，聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量Mw＝30000-1300000。本专利技术通过“自下而上”方式制备的α-Fe2O3、α-Fe2O3@AgNCs和α-Fe2O3@AgNPs，α-Fe2O3上负载并包覆银壳层，系列化学反应方程式(1-3)：α-Fe2O3纳米粒制备：2FeCl3+3H2O→α-Fe2O3+6H+(1)α-Fe2O3-AgNCs的制备：2Ag(NH3)2++Sn2+→2Ag+Sn4+(2)α-Fe2O3@AgNPs的制备：2Ag++HCHO+NH3·H2O→2Ag+HCOONH4+H2O(3)可以改进单个吸收体的光吸收特性，随着负载和Ag壳层的形成，α-Fe2O3、α-Fe2O3@AgNCs和α-Fe2O3@AgNPs的分散液颜色由最初的鲜红色变为暗褐色,并最终形成灰黑色。其中，α-Fe2O3纳米粒长径比约6(长约600nm，直径约100nm)，可以通过调控步骤(1)FeCl3前驱体浓度、pH、反应温度和反应时间调控α-Fe2O3纳米粒的粒径、长度和长径比。本专利技术α-Fe2O3纳米粒具有很强的稳定性、耐酸碱性、耐温性和耐还原性，其粉体(或分散液)可长期贮存16个月以上。步骤(1)pH缓冲剂为KH2PO4或NaH2PO4或稀盐酸。步骤(2)含Sn2+的化合物包括：SnCl2、SnBr2、SnI2、SnS、SnS2、Sn(NO3)2、SnSO3等化合物。步骤(2)中离心分离速率为3000-6000rmp。步骤(3)α-Fe2O3@AgNCs的制备中，往步骤(2)中制备α-Fe2O3-Sn2+溶液中加入新配置的银氨溶液，搅拌、超声反应，银氨溶液氧化α-Fe2O3纳米米粒表面的Sn2+，α-Fe2O3纳米粒表面负载Ag纳米晶(AgNCs)粒径10-15nm，可以作为壳层形成的生长基点，然后步骤(4)通过生长基点的外延生长A本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多极子局域表面等离子体共振吸收体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)配置15-25mM的FeCl
【技术特征摘要】
1.一种多极子局域表面等离子体共振吸收体的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)配置15-25mM的FeCl3水溶液，加入pH缓冲剂使反应液中缓冲剂的浓度为200-600μM，搅拌均匀后95-102℃反应48-72h，反应完成后，离心分离出产物，使用去离子水洗涤3次，再使用无水乙醇洗涤1-2次，洗涤后的样品在烘箱中干燥得到α-Fe2O3纳米粒粉体，密封保存；
(2)取步骤(1)得到的α-Fe2O3纳米粒粉体分散于去离子水中，搅拌均匀，α-Fe2O3浓度为0.008-0.012g/ml，加入0.1-0.3M的含Sn2+的化合物，搅拌均匀后加入浓盐酸，Fe2O3纳米粒粉体、Sn2+与浓盐酸摩尔比为1:(1.6-4.8):(0.96-2.88)，快速搅拌5-10min，再缓慢搅拌30min，使α-Fe2O3纳米粒表面充分吸附Sn2+；反应液离心分离，用去离子水或蒸馏水或超纯水离心洗涤3-5次，再分散于去离子水或蒸馏水或超纯水中得到α-Fe2O3-Sn2+溶液；
(3)步骤(2)中制备α-Fe2O3-Sn2+溶液中加入0.2-0.4M新配置的银氨溶液，银氨溶液中银氨与α-Fe2O3-Sn2+溶液Sn2+摩尔比为大于2：1，室温搅拌、超声反应20-30min，反应液离心分离，沉降物使用去离子水离心洗涤2-3次后，再分散至去离子水中，得到α-Fe2O3纳米粒表面负载Ag纳米晶的分散液，记为α-Fe2O3@AgNCs分散液；α-Fe2O3@AgNCs上的Ag纳米晶粒径10-15nm；
(4)步骤(3)中制备α-Fe2O3@AgNCs分散液搅拌均匀与含有1.5-3.0mM的AgNO3和0.9-1.2wt％的聚乙烯吡咯烷酮溶液混合，搅拌8-12min后，加入甲醛和浓氨水，40-70℃加热反应0.5-1.2h，反应液离心分离，沉降物使用去离子水离心洗涤3-5次，α-Fe2O3@AgNCs、AgNO3、聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比1:(1.5-3.0):0.33，甲醛和浓氨水的体积比为1:1.5-3，终产物分散于去离子水中得到多极子局域表面等离子体共振吸收体分散液，简记为α-Fe2O3@AgNPs；其中聚乙烯吡咯烷酮浓度以单体计算，聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量Mw＝30000-1300000。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王海龙，刘曼，
申请(专利权)人：王海龙，
类型：发明
国别省市：河北;13
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