[发明专利]一种具有多孔结构的铂族合金纳米颗粒及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有多孔结构的铂族合金纳米颗粒及其制备方法，制备过程主要包括衬底表面预处理、表面合金薄膜和合金纳米颗粒的制备、合金纳米颗粒的解元多孔化等步骤，最终得到具有多孔结构的铂族合金纳米颗粒，本发明利用合金组元刻蚀的方法，在控制纳米颗粒粒径大小密度的同时，通过合金组分的增减，调节孔径大小密度，从而调节纳米结构的表面粗糙度，获得可控的纳米颗粒表面积，弥补了现行物理气相淀积制备中，金属纳米颗粒表面积不可调节的缺陷，减少了铂族金属的使用代价，提升使用效率，降低整体方案的成本，该制备方法可集成于集成电路设计工艺之中，适用于光电器件的表面光学性质调控。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，尤其涉及一种具有多孔结构的铂族合金纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

近十年来，贵金属纳米结构的研究受到了越来越多的关注，其中一个重要的方向就是对于贵金属纳米结构局域表面等离子体共振(LSPR)的研究。LSPR本身是由于金属收受到特定电磁波照射之后，电磁场对于金属自由电子电子云分布的影响，造成的类似等离子体电离的电子谐振现象。由于电子的共振，在金属纳米结构周围会形成很强的局部电磁场，能够对生物，化学中的检测和成像起到信号增强的作用，其增强因子通常能达到10³～10⁷。另外，激发的电子的非辐射性衰退可以将吸收的光能转化为动能，使电子成为热电子形成光电子流。由于Au和Ag材料在可见光区域有着优良的LSPR响应，所以对于Au和Ag纳米颗粒的研究和应用广泛分布于各个领域，例如表面增强拉曼光谱，光导器件，太阳能电池和光催化系统等等。和传统的Au、Ag材料相比，铂族金属，例如Pt和Pd，其LSPR响应频谱范围更宽，且其吸收峰的半高宽度更宽，加之其近红外波段散射率更低，能潜在地补充Au和Ag等贵金属在红外区间LSPR响应的不足，成为一种调节器件红外波段光学特性的方法。

在结构上，多孔纳米结构能增加颗粒的表面粗糙度，使纳米颗粒表现出比规则纳米结构更强的近红外光吸收能力以及更全的光响应带宽。与此同时，多孔化程度为纳米颗粒的设计提供了一个新的控制变量，结合尺寸和密度的控制，可形成三维控制体系，弥补现行物理气相淀积制备表面金属纳米结构调控的不足。经检索发现，基于固态结晶生长和脱合金解元的多孔结构铂族金属纳米颗粒制备方法未见报道。

发明内容

有鉴于现有技术中现有铂族多孔金属纳米颗粒在表面应用中阵列分布不均匀，影响LSPR响应一致性的不足，本发明所要解决的技术问题是开发一种基于固态结晶生长和脱合金解元方式的铂族多孔金属纳米颗粒的表面制备方法，利用对其表面粗糙度的调节，解决LSPR在红外区间调控手段不足和效果不佳的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有多孔结构的铂族合金纳米颗粒及其制备方法。具体技术方案如下：

一种具有多孔结构的铂族合金纳米颗粒制备方法，包括如下制备步骤：

步骤一，表面合金薄膜和合金纳米颗粒的制备：合金薄膜淀积使用离子溅射的淀积方法，采用直流离子溅射装置在衬底上直接制备合金薄膜，金属源采用相应的圆片状金属靶材，淀积反应仓内真空抽至10Pa时在衬底和靶材分别施加正电和负电压，调整电离化电流为1～15mA，控制相应淀积速率在0.1～3nm/s。淀积时先淀积主要成分金属，再淀积次要成分金属。然后将淀积的合金薄膜在真空状态(小于等于10Pa)或保护气体(选择氮气、氩气、氢气中的一种或几种混合)气氛下加热(加热速率选择为4～10℃/s)，加热温度为300～900℃，使薄膜进行反浸润，实现纳米颗粒的固态自组装结晶生长，通过热固态结晶生长的方式在所述衬底上制备得到合金纳米颗粒，最后冷却时衬底在保护气体或真空中下降至150℃以下取出。该步骤中，合金薄膜可以通过交替淀积制备，增加分布的均匀性。