[发明专利]一种气溶胶辅助制备单晶纳米颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，涉及一种气溶胶辅助制备单晶纳米颗粒的方法。该方法制备的金属、合金、氧化物单晶纳米颗粒其大小、组成和晶相可单独控制，能够广泛应用于电学、磁学、光学、环境、金属防腐和催化等领域。

背景技术

单分散纳米颗粒是指形状和组成均一，且粒径分布非常窄的纳米尺寸颗粒。高度单分散纳米颗粒形貌统一、大小一致、晶型一致，是开展纳米材料基础研究和应用研究的前提。随着现代工业和科学技术的迅速发展，近年来，纳米材料的发展和应用已引起各国的高度重视。纳米金属与合金材料是纳米材料学的重要组成部分，其应用前景更是得到人们的共识。纳米材料由于自身特殊功能而日益成为高技术领域竞争的制高点，已在新型能源材料、生态环境材料、功能涂层材料、高性能电子材料以及新型稀土材料等领域发挥着无可替代的作用。其中，纳米合金材料由于其粒径尺寸及结构不同于块状合金材料，而在电学、磁学、光学、环境、金属防腐和催化等方面表现出非常良独特的性质，已成为近几年来纳米材料领域的研究重点。

纳米粒子的制备方法很多，其中研究较多的就是有关金属纳米材料的制备，而合金材料的制备也正逐步趋于完善和成熟，尤其对于二元合金，已成功开发出多种制备手段，如机械合金化法、还原法、超声波法、脉冲电沉积法、静高压合成法、氢等离子体—金属反应法和液相还原法等。

机械合金化法又称高能球磨法，此法很容易地使具有bcc结构(如Cr、Mo、W、Fe等)和hcp结构(如Zr、Hf、Ru等)的金属形成纳米晶结构，而具有fcc结构的金属(如Cu)则不易形成纳米晶。这种这种方法是利用球磨机的转动或震动使硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌,把金属或合金粉末粉碎为纳米级微粒的方法。日本东京大学Shingu 等人 [P.H. Shingu, B. Huang, S.R. Nishitani，et al, Suppl. Trans. Japan Inst. Met. 1988，29: 3-10] 首先报道了用高能球磨法制备纳米晶材料，为纳米材料的制备找到了一条实用化的途径。杨景海等利用高能球磨机制备出了具有新型结构的二元SiTi₃合金颗粒。Gross 等人 [K.J. Gross, A. Züttel, L. Schlapbach, J. Alloy. Compd. 1998, 274: 239-247.] 曾以该法作为预处理过程成功制备了MgNi₃B₂。高能球磨法制备的纳米金属与合金结构材料具有产量高、工艺简单等优点，但也存在一些不足，主要是晶粒尺寸不均匀，还容易引入杂质。

化学还原法也是一种制备纳米合金颗粒的有效可行的方法。这种方法以氧化还原反应为基础，首先将两种或两种以上的金属前驱体溶液或金属有机化合物在溶剂中利用适当还原剂将金属离子还原出来，然后与修饰剂相作用而制备出修饰剂修饰的合金颗粒。这种方法具有以下优点：(1)可通过调节搅拌速率、介质浓度、反应时间等实现对金属或合金纳米颗粒的可控性；(2)可制备多种纳米金属或合金以及表面改性的纳米金属或合金；(3)可制备多元纳米合金；(4)该方法易于工业化且产率较高。D’ Souza 等人 [L. D’Souza, S. Sampath, Langmuir 2000, 16: 8510-8517] 曾用还原法合成了Pt-Pd 合金粒子。Del Angel 等 [P. Del Angei, Langmuir 2000, 16: 7210-7217] 也曾报道过利用表面氧化还原反应制备聚集体Pt-Au合金催化剂。张邦维等用KBH₄还原FeSO₄和Na₂WO₄制备了Fe-W-B 合金粉末。化学还原法方法简单，操作方便。用这种方法制得的合金颗粒一般粒度大小可控，成分均匀，分散性好,但有的还原剂价格较贵，还原速度不易控制。