[发明专利]在交联的核树枝状聚合物内的模板化金属粒子及其制备方法

说明书

背景技术

纳米尺寸范围(例如，1～100纳米或1～10纳米)的半导体颗粒在诸如催化作用、电子器件和传感器等各种应用中日益受到重视。然而，用于制造该尺寸范围内的半导体颗粒的多种方法都存在问题。

在烷基硫醇封端剂存在下，通过使可溶性含金属的前体与还原剂例如硼氢化钠反应可制备纳米粒度范围内的粒子例如贵金属粒子。虽然该方法可以有效地制备纳米粒度范围内的粒子，但是该粒子的表面通常被钝化(即表面官能化)。钝化的贵金属往往比未钝化的贵金属在如催化或感应的应用中效果要差。

已经在树枝状结构内制备了纳米尺寸范围的金属粒子。树枝状结构已用源于可溶性金属盐或酸的阳离子装填，然后还原以制备金属粒子。这些金属通常通过树枝状结构内的官能团在外表面上配位。这种配位会对金属粒子的各种应用例如催化或感应有不利影响。

发明概述

本发明公开了一种纳米粒度范围内的金属粒子及制备该金属粒子的方法。更具体地说，在具有核有机材料(例如：零代材料)或核有机材料和其他可除去的较低代材料的交联树枝状结构的内部，形成金属粒子。

在本发明的第一方面，提供一种制备金属粒子的方法。该方法包括提供一种树枝状聚合物，该聚合物包含核有机材料；第一树枝，其通过可以化学裂解的第一连接基团键合到所述核有机材料上；和第二树枝，其通过可以化学裂解的第二连接基团键合到所述核有机材料上。第一树枝具有至少两个第一可交联基团，第二树枝具有至少两个第二可交联基团。该方法进一步包括：通过使第一可交联基团与第二可交联基团反应形成交联的树枝状聚合物；通过第一连接基团和第二连接基团二者的化学反应进行裂解；从交联的树枝状聚合物中除去核有机材料或其衍生物以形成具有内部端基的核树枝状聚合物；在含有金属的前体与在核树枝状聚合物的中心区域内至少一种内部端基之间形成配位键或离子键；和还原含金属的前体以在核树枝状聚合物的中心区域内部形成金属粒子。

在本发明的第二方面，提供一种复合粒子，其在核树枝状聚合物的中心内部区域包括金属粒子。所述核树枝状聚合物具有环绕在中心内部区域的交联树枝，且中心内部区域不含有机材料。金属粒子的尺寸不大于核树枝状聚合物的外部尺寸。

在本发明的第三方面，提供一种组合物，其包括有机基体和有机基体内的复合粒子。所述复合粒子包括核树枝状聚合物中心内部区域内的金属粒子。核树枝状聚合物具有环绕在中心内部区域的交联树枝，且中心内部区域不含有机材料。金属粒子的尺寸不大于核树枝状聚合物的外部尺寸。

此处使用的术语“树枝”是指具有多个分子支化基团的分子结构，所述支化基团将单个分子链分成两个或多个分子链。附加的支化基团可以进一步分割之前已分割的分子链。分子链可以是芳香族的、脂肪族的、杂环状的，或其组合。

此处使用的术语“树枝状聚合物”或“树枝状结构”是指包括至少两个连接到中心分子物质(即，核有机材料)的树枝的分子结构。

此处使用的术语“交联的树枝状聚合物”是指这样的树枝状聚合物，其中一个树枝的至少两个分子链交联到一个或多个其它树枝的分子链。任选地，一个树枝内部的分子链可以交联到同一树枝内部的另一个分子链。交联可以沿着分子链的长度方向，或可以在树枝分子链的外围。

此处使用的术语“核树枝状聚合物”是指已进行化学反应除去内部区域的交联的树枝状聚合物。也就是说，从交联的树枝状聚合物中除去核有机材料(即，中心分子物质)或其衍生物以形成核树枝状聚合物。核树枝状聚合物可以与部分中空的交联的聚合物球(即，核树枝状聚合物的中心区域是中空的，并且没有有机材料)相似。

此处使用的术语“配位”或“配位作用”是指在两种物质之间形成共价键，其中两种物质的其中一种提供两个电子。这种键有时称为“配价键”、“配位共价键”、“配位键”或“配键”。

此处使用的术语“酰基”是指通式-(CO)R^a的一价基团，其中R^a为烷基、芳基或杂环基，以及此处使用的(CO)表示用双键将碳连接到氧。

此处使用的术语“酰氧基”是指通式-O(CO)R^a的一价基团，其中R^a为烷基、芳基或杂环基。

此处使用的术语“酰氧基羰基”是指通式-(CO)O(CO)R^a的一价基团，其中R^a为烷基、芳基或杂环基。