[发明专利]聚苯乙烯/贵金属合金复合粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米功能材料技术领域，具体涉及一种聚苯乙烯／贵金属合金复合粒子及其制备方法。 

技术背景

贵金属纳米粒子因具有优越的催化、电学和光学性能，而被广泛应用于电子学和光学器件、化学和生物学传感器、催化剂和医学成像等领域。更加值得注意的是，由于不同金属之间的电子协同效应，贵金属合金纳米粒子往往呈现出更加突出的物理和化学性能。虽然贵金属合金纳米粒子被证实具有非常突出的性能，但是在其实际使用过程中也面临着一些非常棘手的问题。例如，这些合金纳米粒子显得非常不稳定，相互之间容易发生不可逆的聚集。另外，如何实现这些合金纳米粒子的重复使用，也是一个急需解决的重要问题。为了克服上述的缺点，制备贵金属合金纳米粒子基复合材料已经引起了人们越来越多的注意力。 

聚苯乙烯／贵金属合金复合粒子即是其中非常重要且备受关注的一种。关于其制备方法，目前已有诸多报导。M.Ballauff等首先制备表面接有聚电解质长链的聚苯乙烯粒子，然后利用静电作用将氯金酸根／氯铂酸根或氯金酸根／氯钯酸根吸附到聚苯乙烯粒子的表面，最后经过原位还原得到聚苯乙烯／金-铂合金和聚苯乙烯／金-钯合金复合粒子(参考文献1：Advanced Materials，2008，20，1928-1933；Physical Chemistry Chemical Physics，2012，14，6487-6495)。C.Chen等将苯乙烯、N-异丙基丙烯酰胺、偶氮二异丁腈、氯金酸和氯铂酸同时加入到由水和乙醇构成的混合介质中，随后利用引发剂分解产生的自由基引发苯乙烯和N-异丙基丙烯酰胺共聚并同时还原氯金酸和氯铂酸，最终生成的聚苯乙烯粒子和金-铂合金粒子通过配位作用实现复合(参考文献2：Chemistry ofMaterials，2002，14，2232-2239)。 

显而易见地，上述的方法有如下的特点：其一，聚苯乙烯粒子进行了预先的表面修饰和功能化，从而使整个制备过程变得较为复杂；其二，基于特定作用的复合决定了制备过程需要一定的时间；其三，经表面修饰和功能化引入的功能性基团在粒子表面的分布具有不均匀性，进而使得异种粒子之间发生无序的复合，造成产物的结构较难控制。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚苯乙烯／贵金属合金复合粒子及其制备方法。该方法简单、快速、低成本，适用于工业化生产。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。 

一方面，本发明提供了一种聚苯乙烯／贵金属合金复合粒子的制备方法，其中，采用未经任何表面修饰和功能化的单分散的聚苯乙烯粒子，通过以下途径制备： 

A.在室温下，将单分散的聚苯乙烯粒子分散液加入到预先制备好的贵金属合金纳米粒子 分散液中，搅拌不少于15分钟，经离心、洗涤、干燥得到聚苯乙烯／贵金属合金复合粒子；或 

B.在室温下，向含有两种或两种以上贵金属前驱体的溶液中依次加入聚苯乙烯粒子分散液和还原剂，搅拌时间不低于30分钟，经离心、洗涤、干燥得到聚苯乙烯／贵金属合金复合粒子。 

本发明中使用的单分散的聚苯乙烯粒子可以采用分散聚合等常规的聚合方法进行制备，也可以直接市购获得，然后用水洗涤后配制成聚苯乙烯粒子分散液。 

根据本发明提供的制备方法，其中，所述单分散聚苯乙烯粒子的粒径不小于600纳米。在一些实施方案中，所述单分散聚苯乙烯粒子的粒径为1000纳米～3微米。 

本发明中采用的贵金属合金纳米粒子可以通过两种途径获得： 

(1)一步法：将两种或两种以上的贵金属前驱体和还原剂在水相中混合，组成氧化-还原体系，还原制得贵金属合金纳米粒子。 

(2)二步法：首先将一种贵金属前驱体和还原剂在水相中混合，组成氧化-还原体系，还原制得单一组成的贵金属纳米粒子；然后以制得的单一组成的贵金属纳米粒子为种子，将其加入到另一贵金属前驱体和还原剂构成的氧化-还原体系中，还原制得贵金属合金纳米粒子。 

上述一步法和二步法可以控制贵金属纳米粒子的尺寸、组成和结构。在一些实施方案中，所述贵金属合金纳米粒子是通过一步法制备的。例如，所述贵金属合金纳米粒子分散液是通过向含有两种或两种以上贵金属前驱体的溶液中加入还原剂进行还原得到的。 

根据本发明提供的制备方法，其中，所述贵金属合金纳米粒子的粒径不大于50纳米，优选不大于10纳米，例如，2～10纳米。 

根据本发明提供的制备方法，其中，聚苯乙烯粒子与贵金属合金纳米粒子的粒径比不小于12。