[发明专利]过渡金属纳米粒子的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属纳米粒子的制造方法，更特别涉及过渡金属纳米粒子的制造方法。

背景技术

“金属纳米粒子”通常是直径5至15纳米左右的单一金属的细粒。与直径大约几微米或更大的常规粒子相比，它们具有大得多的比表面积并由此具有极大的活性，因此有望用于多种用途，例如存储氢或其它气体的材料。特别地，过渡金属纳米粒子由于它们的高化学活性而有望用于多种领域。

但是，例如，如日本专利公开(A)No.2004-168641中所提出，已知多种用于制造金属氧化物的纳米粒子的方式，但金属、特别是过渡金属自身具有极高的化学和物理活性，因此最后容易形成化合物或聚集体。极难稳定地制造纳米粒子。

发明内容

本发明的目的是提供稳定地制造金属自身、特别是过渡金属自身的纳米粒子的方法。

[解决问题的方式]

为了实现上述目的，本发明提供了一种过渡金属纳米粒子的制造方法，其特征在于在300至400℃加热由两个丁二酮肟分子和一个过渡金属离子构成的螯合物，以产生负载在碳粒子上的过渡金属纳米粒子。

如果在指定范围的温度下加热包含两个丁二酮肟(DMG)分子和一个过渡金属(M)离子的螯合物(M-DMG)，从M-DMG中释放出的金属M自身的纳米粒子就以稳定负载在类似释放出的C粒子上的状态获得。

附图简述

图1显示了Ni纳米粒子的TEM照片，该Ni纳米粒子是仅使用Ni-DMG作为原材料通过本发明以负载在非晶碳上的状态产生的Ni纳米粒子的TEM照片。(1)是被(2)的视场中的正方形包围的区域的高放大照片。

图2显示了Ni纳米粒子的TEM照片，该Ni纳米粒子是使用Ni-DMG和氧化铝的混合物作为原材料通过本发明以负载在氧化铝上的状态产生的。

图3显示了通过在本发明的指定范围之内和之外的加热温度产生的Ni纳米粒子的比表面积与加热温度的关系。

图4显示了仅由Ni-DMG或由Ni-DMG/氧化铝混合物通过本发明方法产生的Ni纳米粒子和传统本体Ni在室温下的压力与储氢量的关系。

本发明的最佳实施方式

在本发明中，作为原材料的由两个丁二酮肟(DMG)分子和一个过渡金属(M)离子构成的螯合物(M-DMG)具有下式1的结构。

通过在300至400℃的温度加热M-DMG，由M-DMG的分解而释放出的金属M自身的纳米粒子以负载在C自身上的状态生成。如果加热温度小于300℃，上述反应将不发生，而相反，如果加热温度高于400℃，则产生的粒子明显附聚，且不能获得纳米粒子。在此，金属M和碳C以独立状态产生而不氧化的原因被认为是由M-DMG的分解释放出的H形成还原气氛。

根据本发明的一个优选实施方案，通过在该指定范围的温度下加热螯合物M-DMG和氧化铝的混合物，以负载在氧化铝粒子上的状态获得了具有较高比表面积的金属M自身的纳米粒子。

根据本发明的一个优选实施方案，螯合物M-DMG的过渡金属M是Ni、Cu、Pd或Pt中的任意种类。

通过本发明方法产生的过渡金属纳米粒子具有直径通常为5至15纳米的尺寸。

实施例

实施例1

本发明的一个优选实施方案在350℃加热由过渡金属M(其由Ni构成)和两个丁二酮肟(DMG)分子构成的螯合物Ni-DMG，并生成负载在碳粒子上的Ni纳米粒子。程序和条件如下所示。

称取3克Ni-DMG(商品：99％Strem Chemicals/Aldrich ref13478-93-8)。Ni-DMG是粒度为数十微米至100微米的粉末。

在带有一个封闭端和一个开放端的玻璃管(长度30厘米，外径10毫米，内径8毫米)的封闭端中填充所述称取的试剂。为确保样品部分的温度均匀，将其用铝箔覆盖。

将该管放在电炉中，加热以使样品部分变成350℃，并在此保持4小时。在加热和保持操作过程中，使玻璃管的开放端对大气保持敞开。

此后，关闭该电炉。30分钟后，将该玻璃管(大约200℃)拔出并取出产物。

产物由负载Ni纳米粒子的非晶碳构成。

图1显示了TEM(透射电子显微镜)照片。图1(2)中所示的产物是长细纤维的组合。放大其一部分(图1(2)的正方形包围的区域)的照片显示在图1(1)中。浅灰色部分(C)表示非晶碳粒子，而黑色部分(Ni)表示Ni纳米粒子。该粒子在该照片中所示的实例中具有大约12纳米的尺寸，且大体上为10至15纳米。