[发明专利]金属纳米粒子及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及纳米技术的技术领域。

更具体地，本发明涉及金属纳米粒子及其制备方法和用途。本发明还涉及包含本发明的金属纳米粒子的分散体。最后，本发明涉及包含本发明的金属纳米粒子或本发明的分散体的涂覆材料和涂覆系统、玻璃和玻璃涂覆、包括印刷油墨的油墨、塑料、泡沫、化妆品、清洁组合物和浸渍材料、粘合剂、密封剂和催化系统。

背景技术

在科学文献和专利文献中有许多用于金属纳米粒子制备的合成的描述。在大多数情况下，制备是通过还原适当的金属盐来达成的。

例如，可通过以硼氢化钠作为还原剂在二相反应中还原金属盐（例如银盐）来制备类似的金属纳米粒子。这涉及首先利用四辛基溴化铵（举例来说）将金属盐从水相转移到有机相（例如，甲苯或氯仿），然后通过硼氢化钠将其还原。根据使用的稳定剂（例如十二硫醇），可以合成接近单分散的金属纳米粒子，在表面改性的基础上，将其分散在不同介质中。对于水中的应用，在大多数情况下需要相转移催化剂，如4-二甲基氨基吡啶。该反应方式的一个缺点是无法扩展到工业规模（向上扩展性）。另外，由此制备的金属纳米粒子无法针对极性系统进行改性。该方法的另一个缺点是使用了相对昂贵的原料化学品，生成了不同产量的大量的副产物，特别是粒子的高粗粒组分。

一种替代方式是这样的反应，其中还原同样发生在水介质中。其涉及通过使用柠檬酸钠还原金属盐，特别是金盐（根据Turkevich称其为“柠檬酸盐法”；可参考例如Discuss. Faraday Soc. 11(1951), 55）。该方法的缺点是在合成中以及随后的溶胶中可达到的金属或金的浓度非常低。另外，如果可能的话，由此获得的金属纳米粒子至多只能通过非常复杂的方式作为粉末而被分离。同样的缺点是相对高的温度。

另外一种替代方式被称为多元醇法（就此，参见例如US 2006/0090599 A1），该方法涉及以高于100℃的温度，通常是150℃，在多元醇中或利用多元醇进行金属离子源的还原。多元醇同时用作稳定剂和溶剂，也就是说不需要额外的溶剂。然而，该方法的一个缺点是，如果可能的话，由此获得的金属纳米粒子至多只能通过非常复杂的方式分离。另外，如果可能的话，该得到的金属纳米粒子针对非极性系统的改性是很困难的。另一个缺点是使用了相对昂贵的原料化学品和相对高的处理温度。 

另外，金属纳米粒子、特别是金纳米粒子的制备原则上也可通过所谓的超声波分解进行，但这通常只是在实验规模上的。该方法基于通过超声波输入能量。这涉及将水溶液（例如HAuCl₄）与葡萄糖反应，实际的还原剂为羟基和糖裂解基团，其在葡萄糖的塌陷的腔和水之间的界面区域上形成。这导致了宽度为30-50nm、长度为数微米的所谓的纳米带，这些纳米带是柔性的并且可弯曲超过90°。当葡萄糖被环糊精（一个葡萄糖低聚物）取代时，获得了金纳米粒子。该方法相对复杂并且无法在工业规模上应用。另外，使用了相对昂贵的原料化学品。而且，该方法的执行具有一定难度。

JP 2003-147418A涉及通过在水介质中在胶团中还原来制备金属纳米粒子，胶团通过二向性的嵌段共聚物来制备。胶团形成所需的嵌段共聚物的准备相对复杂，其同时可用作还原剂。

US 2006/0266156 A1涉及金属纳米粒子及其制备方法，该金属纳米粒子在其表面上包括两种不同的润湿剂或具有不同的蒸发温度的分散剂。

US 2006/0266157 A1公开了在润湿剂（例如溴化十六烷基三甲基铵CTAB）的存在下通过还原金属盐的水溶液来制备金属纳米粒子。由此获得的粒子可通过添加润湿剂或分散剂而分散，并与用于涂覆的粘合剂结合。该制备无法在纯水介质中进行。该反应是一方面的柠檬酸盐反应和另一方面的两相反应的结合。粒子表面例如被作为润湿剂的CTAB覆盖，这使粒子在非极性介质中具有良好的分散性，但是CTAB相对昂贵而且必须明显过量地使用。而且，需要进一步添加额外的分散剂，由此获得根本上的特定涂层兼容性。

WO 2006/053225 A2涉及金属纳米粒子/蛋白质络合物的制备。该制备是在蛋白质（如BSA，即牛血清蛋白）的存在下在水介质中通过NaBH₄还原而进行的。也描述了涂覆有聚乙烯吡咯烷酮的银粒子；在这种情况下，合成是在甘油中通过所谓的多元醇方法进行的。

WO 2006/072959 A1涉及金属纳米粒子的水基分散体及其制备工艺，其制备是在还原的水溶性聚合物的存在下进行的，还原的水溶性聚合物使金属形成物形成金属核心。