一种有序结构贵金属纳米颗粒大小及密度的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种有序结构贵金属纳米颗粒大小及密度的控制方法，通过调控聚苯乙烯-聚乙烯基吡啶两亲嵌段共聚物中亲水、疏水嵌段的分子量精确控制贵金属纳米颗粒大小及密度，进而可以影响了各个颗粒表面原子的电子分布，颗粒之间的相互作用，以及阵列整体能够转化的能量密度，对于有序贵金属纳米颗粒阵列在催化、光、电等方面的应用具有重要意义，也为优化与颗粒大小或密度紧密相关的各种性能提供材料制备方法和工艺。料制备方法和工艺。料制备方法和工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种有序结构贵金属纳米颗粒大小及密度的控制方法

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[0001]本专利技术涉及一种有序结构贵金属纳米颗粒大小及密度的控制方法。

技术介绍
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[0002]密度和尺寸可控的贵金属(铂、金)纳米粒子是重要的功能性材料，不仅在医学、生化传感等方面有极高的应用价值，而且在催化转化、光电材料及能量储存等领域有着广泛的应用前景。特别是贵金属纳米颗粒实现均匀有序排布后，能够显著地降低颗粒在应用过程中发生团聚的概率，结合微观尺度上的独特纳米效应如小尺寸效应、表面效应等性质，保证金属纳米颗粒高活性与高稳定性并存。但目前纳米材料制备的方法中，诸如溶胶法、水热法等等，都难以实现纳米颗粒尺寸大小和密度的精确控制。

技术实现思路
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[0003]本专利技术的目的是提供一种有序结构贵金属纳米颗粒大小及密度的控制方法，通过调控聚苯乙烯-聚乙烯基吡啶两亲嵌段共聚物中亲水、疏水嵌段的数均分子量精确控制贵金属纳米颗粒大小及密度。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案予以实现的：
[0005]一种有序结构贵金属纳米颗粒大小及密度的控制方法，该方法包括以下步骤：
[0006]1)不同数均分子量的两亲嵌段共聚物溶于四氢呋喃、甲苯等聚苯乙烯选择性溶剂中，形成浓度为5mg/ml的共聚物胶团溶液，然后以浸渍提拉方式将胶团溶液浸镀到载体上，形成相应的聚合物模板；所述两亲嵌段共聚物为聚苯乙烯-聚4乙烯基吡啶、聚苯乙烯-聚2乙烯基吡啶中的一种，嵌段共聚物中聚苯乙烯数均分子量在31900～252000之间，聚乙烯吡啶数均分子量在13200～43000之间；所述载体包括半导体、导电玻璃等载体中的一种；
[0007]2)步骤(1)得到的聚合物模板浸入贵金属前驱体溶液中，制备相应的金属前驱体有序阵列，然后放入等离子清洗机中还原并去除聚合物得到按六角点阵排布的有序结构金属纳米颗粒阵列，颗粒尺寸和分布均一，通过调控两亲嵌段共聚物中聚苯乙烯嵌段的数均分子量来控制相应的贵金属颗粒分布密度，通过调控两亲嵌段共聚物中聚乙烯基吡啶嵌段的数均分子量来调控相应的贵金属纳米颗粒尺寸大小。
[0008]所述浸渍提拉方式具体为：将载体置入两亲嵌段共聚物胶团的溶液中浸渍30s以上，然后以2～4mm/min的速度将载体匀速提拉出溶液，静置，得到有序结构聚合物模板。
[0009]贵金属前驱体包括氯铂酸、氯铂酸盐、氯金酸、氯金酸盐中的一种以上。
[0010]贵金属前驱体浓度为0.01～0.1g/ml之间。
[0011]步骤(2)所述聚合物模板贵金属前驱体溶液浸入时间20min～1h之间；等离子体为氧气或空气中的一种；所述的还原时间为30s～2min之间。
[0012]本专利技术具有以下优点：首先，通过本方法制备的贵金属纳米颗粒阵列负载到聚合物胶团上面，为无机/有机复合材料；其次，在尺寸、间距、形状等方面均趋近于单一分布，实现制备贵金属纳米颗粒所要求的分散性、有序性及均一性，在均匀有序分布的控制上具有
其他技术无法媲美的优势；最后，通过改变两亲嵌段共聚物中聚苯乙烯数均分子量实现了纳米颗粒的分布密度的控制，通过改变两亲嵌段共聚物中聚乙烯基吡啶分子量实现了纳米颗粒的尺寸大小的控制，进而可以影响了各个颗粒表面原子的电子分布，颗粒之间的相互作用，以及阵列整体能够转化的能量密度，对于有序贵金属纳米颗粒阵列在催化、光、电等方面的应用具有重要意义，也为优化与颗粒大小或密度紧密相关的各种性能提供材料制备方法和工艺。
附图说明：
[0013]图1中a～c为实施例1步骤(1)中得到三种不同数均分子量嵌段共聚物的聚合物模板AFM形貌图；图1中d～f为实施例1步骤(2)中以三种不同数均分子量聚合物为模板制备的相应的金纳米颗粒AFM形貌图。
[0014]图2为实施例2中以数均分子量为41500-17500的嵌段共聚物模板及相应的金纳米阵列AFM形貌图及EDS图。
[0015]图3为实施例3制备的以ITO为载体的铂纳米颗粒阵列AFM及SEM形貌图。
[0016]图4为实施例4以FTO为载体的铂纳米颗粒SEM形貌图。
具体实施方式：
[0017]以下是对本专利技术的进一步说明，而不是对本专利技术的限制。
[0018]实施例1：一种有序结构金纳米颗粒尺寸的调控方法
[0019]包括如下步骤：
[0020](1)将30mg数均分子量分别为31900(为聚苯乙烯数均分子量)-13200(为聚4乙烯基吡啶数均分子量)、37500(为聚苯乙烯数均分子量)-16000(为聚4乙烯基吡啶数均分子量)和252000(为聚苯乙烯数均分子量)-43000(为聚4乙烯基吡啶数均分子量)的聚苯乙烯-聚4乙烯基吡啶溶于6ml四氢呋喃溶液中，搅拌条件下形成5mg/ml胶团溶液。室温条件下，硅片置入两亲嵌段共聚物胶团的溶液中浸渍30s以上，然后以2mm/min的速度将载体匀速提拉出溶液，静置晾干得到有序结构嵌段共聚物的聚合物模板如图1a～1c所示。
[0021](2)将以上三种嵌段共聚物模板放入0.01mg/ml的氯金酸溶液中20min，取出后以去离子水冲洗，氮气吹干，然后放入空气等离子体清洗机中30s，所得到的金属纳米颗粒阵列如图1中d～f所示，尺寸大小及密度分布列于表1。可以看出随着聚乙烯基吡啶数均分子量的增大，所得到的纳米金颗粒直径变大；而随着聚苯乙烯数均分子量的增大，纳米金颗粒的密度分布则是减小。因此，通过调整两亲嵌段共聚物的亲水和疏水链段的数均分子量，实现了贵金属纳米金颗粒尺寸大小和密度分布的控制。
[0022]表1
[0023][0024]表中31900、37500、252000分别为对应两亲嵌段共聚物的疏水链段聚苯乙烯的数均分子量，13200、16000、43000分别为对应两亲嵌段共聚物的亲水链段聚4乙烯基吡啶的数均分子量。
[0025]实施例2
[0026]采用与实施例1相同的方法，不同的是采用数均分子量为41500(为聚苯乙烯数均分子量)-17500(为聚4乙烯基吡啶数均分子量)的嵌段共聚物，其他步骤相同，所得的聚合物模板及相应的贵金属纳米颗粒如图2所示，EDS表明为金元素与聚合物同时存在，证明金元素负载到聚合物上。
[0027]贵金属颗粒平均直径为21nm，密度分布为557/μm2。
[0028]实施例3：
[0029]用与实施例2相同的方法，不同的是步骤(2)贵金属前驱体改为氯铂酸，载体改为ITO玻璃，其余步骤相同，最终产物如图3所示。
[0030]实施例4：
[0031]采用与实施例2相同的方法，不同的是载体改为FTO玻璃，提拉速率改为4mm/min，氯酸金浓度为0.1g/ml，其余步骤相同，最终产物如图4所示(图中片层为FTO玻璃的不光滑表面凸起，非贵金属颗粒)。
[0032]实施例5：
[0033]用与实施例1相同的方法，仅不同的是步骤(2)贵金属前驱体改为氯金酸钠，等离子体改为氧气，其余步骤相同，最终产物同实施例1。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有序结构贵金属纳米颗粒大小及密度的控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)不同数均分子量的两亲嵌段共聚物溶于聚苯乙烯选择性溶剂中，形成浓度为5mg/ml的共聚物胶团溶液，然后以浸渍提拉方式将胶团溶液浸镀到载体上，形成相应的聚合物模板；所述两亲嵌段共聚物为聚苯乙烯-聚4乙烯基吡啶、聚苯乙烯-聚2乙烯基吡啶中的一种，嵌段共聚物中聚苯乙烯数均分子量在31900～252000之间，聚乙烯吡啶数均分子量在13200～43000之间；所述载体包括半导体、导电玻璃等载体中的一种；(2)步骤(1)得到的聚合物模板浸入贵金属前驱体溶液中，制备相应的金属前驱体有序阵列，然后放入等离子清洗机中还原并去除聚合物得到按六角点阵排布的有序结构金属纳米颗粒阵列，颗粒尺寸和分布均一，通过调控两亲嵌段共聚物中聚苯乙烯嵌段的数均分子量来控制相应的贵金属颗粒分布密度，通过调控两亲嵌段共聚物中聚乙烯基吡啶嵌段的数均分子量来调控相应的贵金属纳米颗粒尺寸大小。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志达，闫常峰，
申请(专利权)人：中国科学院广州能源研究所，
类型：发明
国别省市：