[发明专利]快速连续的制备尺寸及形貌可控的金属纳米粒子的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属纳米粒子的制备领域，特别涉及快速连续的制备尺寸及形貌可控的金属纳米粒子的方法。

背景技术

金属纳米粒子其原子和电子结构不同于化学成分相同的金属粒子，金属纳米粒子显示出强烈的体积效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，在光电子学、催化、化学传感器、磁性材料和生物检测等领域存在着广泛的应用前景，例如用于电子器件中导电涂层的银纳米粒子在100℃下即可烧结，实现了在树脂、塑料等材料作基板制备电路等。金属纳米粒子的需求量大幅增加。

目前少数工业发达国家利用惰性气体蒸发冷凝实现了Al、Mg、Ag、Cu、Pd、Fe等金属纳米粒子的产业化生产。但是该方法工艺设备复杂、成本高、产量低、粒径分布范围宽，并且形貌单一，很难满足性能研究以及应用的目的。

液相化学还原法是制备金属纳米粒子的常用方法，反应在常温(或温度稍高，但低于100℃)常压金属盐溶液在介质的保护下直接被还原剂还原。制备成本低，而且设备简单、要求不高，反应容易控制。制备金属纳米粒子常见的液相合成法，包括晶种法(Chem.Commun.2001，617～618)、微波辅助合成法(Langmuir 1999，15，6-9)、辐射合成法(Nature，1985，317，344)和超声辅助合成法(Chem.Mater.1998，10：1446-1452)。合成金属纳米粒子的方法很多，但对于特定的方法，往往只能合成单一形貌的金属纳米粒子，利用同一种方法，仅通过调节实验参数实现多形貌金属纳米粒子的可控制备仍然是研究的热点与难点。利用一种方法实现金属纳米粒子的可控制备，有利于降低生产成本，简化材料制备的工艺，目前的相关文献报道与研究还非常少。

发明内容

本发明的目的在于提出一种成本低，制备工艺简单，可快速连续的制备尺寸及形貌可控的金属纳米粒子的方法。

本发明的主要内容是：控制连续流动的金属络合物溶液或金属盐溶液及还原剂溶液的相对流速，严格控制反应器中金属盐和还原剂的配比，在反应器中通过化学还原法制备得到所需尺寸和形貌的金属纳米粒子溶胶，通过注入氮气或空气，将反应器中的目标溶液排出，避免已生成的金属纳米粒子溶胶对后续产品的影响，从而实现不同尺寸和形貌的金属纳米粒子的连续制备。

本发明的快速连续的制备尺寸及形貌可控的金属纳米粒子的方法包括以下步骤：

(1).将金属络合物或金属盐溶于溶剂中，配制浓度为0.2～200mmol/L的金属络合物溶液或金属盐溶液，得到金属离子溶液A；

(2).将稳定剂溶于溶剂中，配制浓度为2×10^-3～20mol/L的稳定剂溶液，得到稳定剂溶液B；

(3).将柠檬酸钠、NaBH₄、KBH₄、水合肼、N，N二甲基甲酰亚胺(DMF)、葡萄糖等中的一种溶于溶剂中，配制浓度为0.2～200mmol/L的还原剂溶液，得到还原剂溶液C；或者直接以甲醇、乙醇、乙二醇或水合肼作为还原剂溶液C；

(4).对于常温氧化还原反应，将步骤(1)所得到的金属离子溶液A、步骤(2)所得到的稳定剂溶液B和步骤(3)所得到的浓度为0.2～200mmol/L的还原剂溶液C同时不断的注入到压力始终维持在大气压下的反应器中，且反应器中的反应温度设置为室温；通过控制上述三个溶液的相对流速，实现对上述三个溶液混合得到的反应液中金属离子、稳定剂、还原剂的配比的控制，其中金属离子∶稳定剂∶还原剂的摩尔比为1∶0.01～200∶1～20；快速搅拌，优选搅拌速率为300～1000转/每分钟，使得金属离子溶液A、稳定剂溶液B和还原剂溶液C均匀混合，并使金属离子、稳定剂和还原剂充分接触，发生氧化还原反应；向反应器中注入氮气或空气，将反应器中反应完成后得到的目标溶液排出，不断的收集并分离从反应器中流出的目标液体中的金属纳米粒子，从而得到尺寸及形貌可控的金属纳米粒子；或者

对于需要加热的反应，将步骤(1)所得到的金属离子溶液A、步骤(2)所得到的稳定剂溶液B和步骤(3)所得到的浓度为0.2～200mmol/L的还原剂溶液C同时不断的注入到置于微波炉中的压力始终维持在大气压下的反应器中，通过控制上述三个溶液的相对流速，实现对上述三个溶液混合得到的反应液中金属离子、稳定剂、还原剂的配比的控制，其中金属离子∶稳定剂∶还原剂的摩尔比为1∶0.01～200∶1～20，或