笼状纳米结构及其制备制造技术

在此披露了一个族独特的纳米颗粒，其特征在于它们的纳米尺寸以及笼状形状(空心结构)，在其空腔内能够容纳多种材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及笼状纳米结构及其制备。
技术介绍
半导体纳米颗粒具有一些依赖尺寸的特性，与大体积半导体相比，这些特性可以改进它们在所希望的应用中的行为。纳米颗粒具有显著增大的表面积并且更多的分子可以吸附到这些表面上。这加快了表面催化以及表面介导的反应的速度。这种增强的表面与体积之比对于许多应用(例如气体储存以及气体或溶液分离)也具有重要影响。在光催化反应的情况下，这种半导体纳米颗粒吸收了光，从而引起了一种激发子(电子和空穴对)的形成。该空穴和/或电子可以传递到一个邻近的分子或材料上以诱导化学变化。以此方式，来自光的能量可以被传递并且作为化学能存储。此外，此种光催化作用在自净作用的表面中有所应用。在光电器件中，原理是类似的。光被颗粒吸收从而形成了激发子。随后需要一个电荷分离阶段，并且光诱导的电子和空穴在不同的方向上穿过该装置行进并且被传递到一个电路中以做功。除了具有用于将电子传输介导到分子的多个表面之外，这种颗粒的小尺寸减小了光激发的电子或空穴行进到达该表面所需要的空间距离。这通过减小在颗粒中竞争电子-空穴的再结合过程的损失而将效率最大化。半导体纳米颗粒的最有意义的特征之一是带隙的依赖尺寸性。当颗粒变小时，半导体的带隙变宽。以此方式，可以根据应用的需要，对光学以及电学特性，例如光吸收度、荧光、以及传导位置或价带水平，进行调谐。此外，相对于真空，带隙的位置可以使用具有吸电子以及供电子基团的表面配体进行调谐。Xia等人已经发展了多种用于生产具有空心的内部以及多孔的壁的纳米结构的电镀置换过程。所发展的过程涉及在电镀置换反应条件下用一种金属前体盐(例如金)来处理Ag纳米结构。两个种类之间的电化学势的差异驱动了该反应，从而导致了金原子外延沉积到该Ag纳米结构的表面上。在下一个阶段，使用一种去合金化试剂(即一种蚀刻剂)来选择性地从Au/Ag合金化的纳米结构中溶解Ag。在该蚀刻过程中，一种依赖于所使用的蚀刻剂的量值的孔隙度引入了多孔性。当所有的Ag均被移除时，这种纳米结构的中央部分消失了，从而产生了一种由Au原子组成的纳米框架。如已知的，在一种合金中对电化学上更活泼的元素的去合金化导致了一种纳米多孔海绵的形成，这种纳米多孔海绵几乎完全由更贵重的合金成分组成。这种趋势允许形成高表面积的纳米多孔的金纳米结构。因此应理解的是，Xia等人的纳米框架在保持该Ag纳米结构的初始形貌的同时，该纳米框架中的Au棱缘的表面还展现了一种孔隙度。参考文献Banin et. al. , Nano Letters (2008) 2,637Banin et al. , Nano Letters (2008)2,678Xia et al. , Accounts of Chemical Research(2008)41，1587-1595Xia et al. , Journal of the American Cemical Society(2006) 128,、14776-14777Xia et al. , Nature Protocols(2007)2,2182-2190Xia et al. , Nature Materials(2009)8,935-939Xia et al. , Advanced Materials(2008)20，2517-2522Xia et al.，Nano Letters(2007)7,1764-1769美国专利号 7，585，349美国专利申请号 2008/0003130美国专利申请号 2009/0297388美国专利申请号 2009/0282948Alivisatos et al. ，Nano Letters, (2008)8,2551Tang et al. , Journal of the American Chemical Society(2008)39,13152ffu et al. , Journal of Physics and Chemistry of Solids (2006)67，1786Park et al. , Journal of Physical Chemistry(2009) 113,1251专利技术概述现在本专利技术的目的是提供一族独特的纳米颗粒，其特征在于它们的纳米尺寸(它们的最短轴线处于纳米级)以及笼状的形状(空心结构)。本专利技术的这种新颖的纳米结构被称为NIC颗粒，即纳米无机笼颗粒(Nano-Inorganic Cage),它们在本申请中所披露的一些实施方案中被实现为杂化的颗粒，其中笼是由一种第一材料组成的，该笼的内部由一种第二材料和/或一种具有不同结构(形状)的材料组成。这些杂化结构在此被称为NICED颗粒，即纳米无机笼式(Nano-Inorganic CagED)颗粒。这种NIC颗粒(在此与纳米结构可互换使用)事实上具有典型的从属于纳米颗粒的优点，如以上所讨论的，并且此外具有从它们的独特的笼形状所产生的许多其他优点。这种形状给予这些纳米颗粒结构完整性并且此外增加了表面积与材料重量之比，这是它们用作催化剂材料的一个明显的优点。作为独立式催化剂，NIC颗粒容易从反应产物中分离出，因为与对应的具有类似质量的球形颗粒的流体动力学半径相比，它们具有更大的流体动力学半径。此外，这种笼的内部可以被用作另一种材料的胶囊或载体，例如用于存储或分离用于特定的催化或递送应用的一种第二材料。因此，在本专利技术的一个方面，提供了一种空心的纳米结构，该纳米结构具有一个多面体骨架结构，所述多面体骨架具有多个通过顶点彼此连接的直棱，所述直棱各自由一种无机材料的连续体组成。这种纳米结构骨架因此是一种空心结构、一种框架，其中一种无机材料的非多孔(在可用的成像技术所提供的分辨率下)的化学整体(连续体)限定了该骨架结构。在多面体的棱之间形成的面是无材料的。 因此，在某些实施方案中，提供了一种空心的纳米结构，该纳米结构具有一个多面体骨架结构，所述多面体骨架具有多个通过顶点彼此连接的直棱，所述直棱各自由一种非多孔的无机材料的连续体组成。如本领域的普通技术人员将理解的，一个“多面体”是具有多个通过直棱彼此相连的平面的一种几何结构。每个棱将一个角点(所谓的顶点)连接至另一个上并且将一个面连接到另一个上，并且通常是一个线段。这些棱一起组成了该多面体骨架。在本专利技术的空心纳米结构中，这些多面体骨架的面是无材料的。本专利技术纳米结构的“结构”或形状是被安排为一种多面体的无机材料的三维组合体。在一些实施方案中，该多面体不是一种立方体结构。在其他实施方案中，该多面体不是一种金立方体纳米结构。类似地，术语“笼”或其任何语言学变体是指该多面体结构的腔，该腔是由这些棱所限定的互连的三维网络的相交而产生的。这些NIC颗粒的尺寸是2nm至500nm(平均直径)。在某些实施方案中，这些NIC颗粒的尺寸是2nm至lOOnm。这些NIC颗粒是空心的三维结构，其中每个直棱实质上是一个准一维的线性结构；即，每条棱线的厚度范围是从0. 5nm(l-2个原子厚度)至IOnm或更大。这些NIC颗粒的、直的、连续的并且非多孔的棱可以是或可以不是一个单原子层。这些NIC颗粒不是分子的笼，S卩，它们的结构不是由一个或多个化学键在空间上的取向所限定的。一个示例性的分子笼的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌里·巴宁，E·J·麦克唐纳，
申请(专利权)人：耶路撒冷希伯来大学伊森姆研究发展公司，
类型：发明
国别省市：