[发明专利]一种制备金属纳米颗粒或金属氧化物纳米颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备金属纳米颗粒或金属氧化物纳米颗粒的方法。

背景技术

专利US-A-2010/0072434描述了一种制备金纳米颗粒的方法，首先在乙醇溶剂中制备了高分子表面活性剂且加热至沸点。在所述沸点混合一种金属种子（metal seed），如加入氯铂酸（chloroplatanic acid），并且在金纳米颗粒在所述种子周围形成后加入HAuCl₄盐。

专利WO-A-2007/055663描述了一种制备金属纳米颗粒的方法，其中金属前体化合物与还原剂和包覆剂（capping agent）接触以产生反应混合物。示例的金属前体是HAuCl₄，示例的还原剂是NaBH₄，以及示例的包覆剂是氨基酸。对此混合物施用声波降解法（sonication）以产生多个金属胶体颗粒，并且在载体（support），即TiO₂上沉积所述金属颗粒以制备催化剂。

专利US-A-2009/0325795描述了一种制备铂纳米颗粒的方法，其中，首先制备类似氯亚钯酸钾的化合物。对于所述化合物，碘化钾（KI）被加入，并且随后所述混合物被分解以形成所述铂纳米颗粒。

关键是所有已知的成熟方法都使得纳米颗粒位于金属阳离子的还原反应中。所述技术限制了每个纳米颗粒的还原阳离子数量并尽可能使它的大小保持一致，而且总是通过添加额外的化学稳定剂来实现——大多数纳米颗粒的合成方法都包含胶束或胶体。这些都会污染最终产物并且对它的性能产生不利影响，如，在催化剂或生物应用中。另外，现有技术的方法有涉及多种化学合成步骤的问题。更进一步地，这些方法需要另外的化学品来充当如还原剂、包覆剂、聚合物和/或表面活性剂。

在教授Fritz Haber博士于1920年9月17日在美国电化学学会（American Electrochemical Society）第二次会议上的题为《来自阴极的金属粉尘形成的现象》的论文中描述了一个实验，其中，当所述直流电密度增加时，铅阴极周围形成了乌云（black clouds）。对于锡、铋、铊、砷、锑和汞所观察到的都一样。同样的论文提到在酸溶液中，铂丝阴极变黑且松软（spongy）。从相同的在碱性溶液中的铂阴极开始，只能观察到一个轻微的粗糙面。

专利US-A-2009/0218234描述了一种通过在作为电解池的一部分的阳极和阴极之间施加电位来制备二氧化钛纳米线的方法。所述阳极和阴极的表面都包括钛表层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种更简单的制备纳米颗粒或金属纳米颗粒的方法。

这一目的通过以下方法来实现。通过施加作为交流(ac)电压阴极电位到固体起始金属件以制备金属纳米颗粒或金属氧化物纳米颗粒，所述固体起始金属件与包括稳定阳离子的液体电解质接触。

申请人发现金属纳米颗粒和金属氧化物纳米颗粒可以在对于现有技术方法的较少处理步骤中被获得，虽然现有技术只需要较少的额外化合物。例如，所述液体电解质包括可以在根据所述发明的方法中重复利用的所述稳定阳离子。因为使用较少的额外化合物将会获得更多的纯纳米颗粒。因为不愿被绑定到下列理论，申请人相信在所述方法中采用强负电极电位下，高度非平衡态（成群）负金属阴离子被形成，为所述纳米结构和纳米颗粒的形成充当前体。

上文所述的1902年那篇论文并不建议所述纳米颗粒在应用根据本发明所述方法的条件时被形成。

对于本发明，纳米颗粒一词的含义是任一颗粒都具有小于1000nm的最小尺寸，优选为小于200nm，更优选为小于100nm。所述最小尺寸是所述颗粒的最小直径。所述纳米颗粒如通过所述方法作为固体/液体悬浮液在液体中得到。所述方法包括使得多于50wt%的颗粒是纳米颗粒的步骤，更优选为多于80wt%的颗粒是纳米颗粒，甚至更特殊的如上述定义的多于95wt%的颗粒是纳米颗粒。

所述液体电解质可能是具有将上述阴离子金属氧化为其金属态的能力的任何液体。所述液体电解质的另一个特性是它具有所谓的移动电荷，即，它必须具有将阴极的电流传输到阳极上的能力。这样的移动电荷相称地为阴离子和阳离子。液体电解质的一个例子为NaOH的熔盐或NaCl的水溶液。优选的液体电解质包括水。