[发明专利]一种金属纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属纳米材料技术领域，尤其涉及一种金属纳米颗粒的制备方法。

背景技术

金属纳米颗粒，例如纳米铜、镍、钴、银、金等颗粒等，由于具有特殊的表面效应、量子尺寸效应，量子隧道效应以及库仑阻塞效应等，在光学、电学、磁学、催化等方面表现出诸多与传统材料不同的奇特性能，因此被广泛地应用于光电子器件、吸波材料、高效催化剂、润滑剂、导电浆料、助燃剂以及活化烧结材料等多个领域，受到了人们的广泛关注。

目前，制备金属纳米颗粒的方法主要包括物理法和化学法两大类。其中，物理法主要包括：1）物理气相沉积法：利用电弧，高频等离子体等高温热源将金属原料加热，使之气化形成等离子体，然后骤冷聚成金属纳米粒子；2）机械破碎法：包括干法破碎和湿法破碎；3）γ-射线辐射法：将金属盐经受γ-射线而还原成金属粒子。化学方法主要包括：1）化学气相沉积法：将一种或者数种反应物在热、激光、等离子体等作用下发生化学反应，析出超微粉；2）微乳液法：微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂、溶剂和水（或水溶液）组成，在此体系中，两种互不相溶的连续介质被表面活性剂双亲分子分割成微小空间形成微型反应器，其大小可控制在纳米级范围，将反应物在该体系中反应生成固相粒子；3）溶胶-凝胶法：将金属有机化合物或者无机化合物水解，使溶质聚合成溶胶后再凝胶固化，干燥后经过磨细，煅烧得到纳米粒子；4）电解法：包括水溶液和融盐电解方法；5）水热合成法：一般是在100～350摄氏度和高气压环境下，采用水作为反应介质，使通常难溶或者不溶的前驱体溶解，从而使其反应和结晶，得到纳米颗粒；6）化学沉淀法：在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合溶液中加入适当的沉淀剂制备纳米粒子的前驱体沉淀物，再将此沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的纳米粒子；7）液相还原法：通过液相的氧化还原反应制备纳米微粒，该方法是目前制备金属纳米材料最常用的方法。

上述方法中，一般来说，物理气相沉积法与化学气相沉积法需要电弧、激光、等离子体等昂贵的设备，成本较高。机械破碎法往往容易混入杂质而难以合成高纯度的纳米颗粒，且难以保证颗粒大小的均匀性。电解法一般存在生产时间长、能耗高、效率低的缺点。所以，目前人们最多采用的还是上述各种以溶液为基础的液相化学合成方法。然而，由于受到金属化合物溶液的浓度的限制，通过这种以溶液为基础的液相化学合成方法生产金属纳米颗粒时，金属纳米颗粒的产率往往与金属化合物溶液的浓度有关；并且只有当金属化合物的浓度较低时才有可能生成均匀尺寸的金属纳米颗粒。因此，金属纳米颗粒的产率受到极大的限制，例如为了获得数克均匀尺寸的金属纳米颗粒，甚至需要数千升或者更多包含功能基团的溶液，因此极大地增加了生产成本，并限制了大规模生产。另外，液相化学合成方法中使用的还原剂或者价格较贵、使成本过高，或者有剧毒、使后处理困难，导致金属纳米颗粒的价格高居不下而市场难以接受。

去合金法是美国工程师莫里·雷尼于上世纪二十年代发明的一种方法。该方法首先被用来制备纳米骨架镍，即通过一定浓度的氢氧化钠去除铝镍合金中的铝，得到纳米骨架结构的镍颗粒。这种纳米骨架镍外观表现为细小的灰色粉末，但其微观结构呈立体的相互“桥接”的纳米多孔结构。进入本世纪初，去合金法也被用于制备其他纳米多孔金属，即通过化学反应去除前驱体合金中的某些元素，而合金中不参加反应的目标金属原子仍然自组装成纳米多孔结构。但是，由于目标金属原子的多孔自组装趋势，该方法一直难以被用于制备具有均匀分散特征的金属纳米颗粒。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述现有技术，提出一种制备金属纳米颗粒的新方法，该方法成本低、操作简单，能够制得分散均匀的纳米金属颗粒。

为了实现上述技术目的，本发明人尝试采用改进的去合金法，以包含目标金属元素的前驱体合金为原料制备该目标金属的纳米颗粒，经过大量实验探索后发现，当采用如下（一）与（二）所述的技术要点时，能够得到分散均匀的纳米金属颗粒。

（一）前驱体合金固体细料的制备