基于甜菜碱天然低共熔溶剂的绿色合成策略及其对银纳米颗粒稳定性和高浓度悬浮液的影响研究

本研究针对纳米技术领域高浓度稳定银纳米颗粒(AgNPs)绿色合成的关键挑战，创新性地采用甜菜碱基天然低共熔溶剂(NDES)作为多功能介质，系统探究了溶剂组成对AgNPs粒径分布(3-15 nm)、稳定性(>180天)及浓度(最高5000 ppm)的影响机制，为纳米材料绿色制造提供了新范式。

　　

纳米技术的快速发展对高性能纳米材料制备提出了更高要求，其中银纳米颗粒(AgNPs)因其独特的光学、电学和抗菌性能，在医疗、电子和消费品领域应用广泛。然而传统合成方法面临两大瓶颈：一是依赖有毒化学试剂如强还原剂和有机溶剂，二是难以兼顾高浓度与长期稳定性。现有文献报道的高浓度AgNPs合成往往需要复杂工艺或产生环境负担，而生物合成法则存在产物一致性差的缺陷。这种矛盾促使科学家寻找兼具环境友好与工艺可控的新方法，天然低共熔溶剂(NDES)因其可设计的物理化学特性和生物降解性成为理想候选。

发表在《Industrial Crops and Products》的这项研究，由波兰团队通过系统设计甜菜碱(B)-葡萄糖(G)-乙二醇(EG)和甜菜碱-抗坏血酸(A)-乙二醇两类NDES体系，创新性地将溶剂、还原剂和稳定剂功能集成于单一系统。研究采用循环伏安法分析溶剂还原电位，结合紫外可见光谱(UV-VIS)追踪纳米颗粒形成动力学，利用动态光散射(DLS)和扫描透射电镜(STEM)表征粒径分布，并通过热重分析(TG)评估溶剂热稳定性。

在材料与方法部分，研究团队构建了四种不同摩尔比的NDES体系(NDES1-NDES4)，以硝酸银(AgNO₃
)、醋酸银(AgAc)和氟化银(AgF)为前驱体，在40°C温和条件下反应。通过旋转粘度计测定溶剂粘度温度依赖性，采用阿伦尼乌斯方程和Vogel-Fulcher-Tammann模型拟合流动特性，结合傅里叶变换红外光谱(FTIR-ATR)分析氢键相互作用。

研究结果部分揭示：3.1章节显示NDES1(B:G:EG=1:1:3)具有最优的粘度-温度响应特性(40°C时960 mPa·s)，其密度(1.259 g/cm³
)和折射率(1.4795)适合纳米颗粒分散。热重分析证实所有NDES起始降解温度>170°C，满足反应需求。3.2章节的关键发现是NDES1合成的AgNPs具有最窄粒径分布(3-8 nm占比>80%)，而含抗坏血酸的NDES3-NDES4产生更大颗粒(28-230 nm)。特别值得注意的是，醋酸银前驱体在NDES1中形成的AgNPs展现出超常稳定性(500天无聚集)，紫外特征峰(400 nm)保持稳定。3.3章节突破性地证明该系统可实现5000 ppm高浓度AgNPs悬浮液，且通过STEM观察到硝酸银体系在3000 ppm以上会产生棒状纳米颗粒(580 nm等离子共振峰)，而醋酸银体系始终保持球形形貌。

讨论部分阐明的反应机制颇具启发性：乙二醇在加热过程中转化为醛类中间体启动银离子还原，葡萄糖提供温和持续的还原能力，甜菜碱的羧基通过配位作用稳定颗粒表面。这种多组分协同作用克服了传统方法中还原速率与稳定效果难以平衡的难题。与现有技术对比显示，NDES法兼具化学法的高产率(较生物法高4000倍)和生物法的安全性，且无需后续纯化步骤。

该研究的产业价值体现在三方面：首先，建立的NDES组成-性能关系为纳米材料绿色制造提供新工具；其次，开发的5000 ppm稳定悬浮液可直接用于塑料等疏水材料改性；最后，无氯体系设计避免了银离子沉淀问题。未来研究需重点考察纳米颗粒的生物相容性，并探索该平台在其他金属纳米材料合成的普适性。这项工作为实现纳米技术可持续发展目标提供了切实可行的解决方案。