[发明专利]具有预定厚度的金属纳米棱柱的制造方法

说明书

在先申请的交叉引用

本申请要求在2004年06月30日提交的美国临时专利申请60/584,775的权益。

政府关注说明

本发明得到自然科学基金-NSEC资金No.EEC-0118025和海军研究资金No.N00014-03-1-0800的支持。政府可能对本发明有所关注。

技术领域

本发明涉及纳米颗粒，而更具体地，涉及易于制造具有预定厚度的诸如银纳米棱柱的金属纳米棱柱的方法。

背景技术

金属纳米颗粒在科学和技术领域已受到了重要的关注，原因在于其不同寻常的光学特性，以及其独特的化学和催化性质。非球形的纳米颗粒，特别是各向异性的颗粒，是主要兴趣之所在，这是因为其使得形状如何影响这种结构的物理和化学性质的研究得以进行。因此，已经制备出包括星形、立方形、杆形、盘形和棱柱(prism)形在内的各种不同的纳米颗粒形状，并且其性质初步得到表征。

除了纳米颗粒的形状之外，尺寸也是纳米颗粒的重要参数，这是因为，通过尺寸能够控制多种纳米颗粒物理和化学性质，包括发光、传导性和催化活性。在过去的一个世纪中，胶体化学家已经对多种球形金属和半导体合成物的颗粒尺寸进行了良好的控制。这种对颗粒尺寸进行的化学控制导致胶体纳米晶体中的量子约束的发现，以及其在生物诊断应用、LED材料、激光器和拉曼(Raman)光谱增强材料等方面的探索性研究。

与此相反，在综合控制颗粒形状方面已获得的成功有限。不过，已开发出用于制造半导体和金属纳米线、纳米带和纳米粒的一些物理的和固态化学的沉积方法，而且，现在已经存在各种制备纳米杆的方法，其中使用了适当控制纵横比的电化学和膜模板(membrane-templated)合成。

已经公开了多种方法，来将银和金的纳米颗粒合成为各种形状，包括：盘形(参考文献1-4)、杆形(参考文献5-9)、棱柱形(参考文献10-14)、线形(参考文献15-18)、中空结构(参考文献19-22)，和枝形颗粒(参考文献23)。近年来，大量工作已转向三角形银纳米棱柱(nanoprism)(参考文献13-17)的合成，部分原因在于其不同寻常的光学性质，而且还因为已经发展出高产出的光化学方法来制备相对单分散的纳米棱柱，其中重点控制边缘长度(参考文献10和25)。这些性能使得研究者能够制成与这种纳米颗粒具有性能关联的重要结构。

通常，有两种方法可用于合成银纳米棱柱，即，热方法和光化学方法。光化学方法通过对棱柱前体和结果产生的棱柱进行选择性的等离子体振子激发，而提供更具单分散性的纳米棱柱和对结构参数的更强控制(参考文献10-12)。通过对照射波长的审慎选择，研究者可控制银纳米棱柱的尺寸、形状和尺寸分布(即，单峰或者双峰尺寸分布)。对于银纳米棱柱的热方法具体包括将胶体银纳米颗粒逐渐转化成银纳米棱柱(参考文献12、13)。当前，并没有热方法对银纳米棱柱的厚度或尺寸分布提供合理的控制。

例如，存在对诸如三角形和立方形的非球形颗粒的制造方法，举例而言，铂立方体和棱锥体(参考文献26)，和PaSe、CdS及Ni三角形(参考文献27-29)。另外的研究导致形成了合成BaCrO₄、CdSe和Co纳米杆的方法以及箭状、泪滴状、和四足状CdSe纳米晶体的分布(参考文献30-33)。这些解决方法中的每一种均基于热处理，并且在多数情况下，除了杆之外，产生相对较小量的所希望的颗粒形状。

期望出现允许控制颗粒形状的合成方法，以促成本领域中的重要的基本原理和技术的进步。这类似于纳米量级的材料中所进行的颗粒尺寸控制，其导致在诊断、光学、催化和电子学中发现了新型的和重要的基础科技应用。因此，本体溶液合成方法的发展提供了对纳米颗粒的形状和尺寸的控制，对于实现这些新型纳米量级材料的全部潜能是极为重要的。

因此，本领域仍然需要一种简便的方法，来制备预定厚度的三角形金属纳米棱柱，并提供对边缘长度的控制。

发明内容

本发明涉及一种预定厚度的诸如银纳米棱柱的金属纳米棱柱的制备方法。更具体地，本发明涉及一种具有预定厚度的三角形金属纳米棱柱的简单直接的制备方法，该方法也提供了对纳米颗粒边缘长度的一定程度的控制。

因此，本发明的一个方面，提供一种用一步法制备具有单峰尺寸分布的金属纳米棱柱的方法。

本发明的另一方面，提供一种制备金属纳米棱柱的方法，其中，在使用过氧化氢和硼氢化钠的热方法中将金属纳米颗粒转化成金属纳米棱柱。