用于生产金属纳米颗粒的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产金属纳米颗粒的方法，更具体地涉及用于生产金属纳米颗粒的方法，其包括：制备包含帽化分子、金属催化剂、还原剂和有机溶剂的混合溶液；将金属前体加入到该混合溶液中并升温至预定温度和搅拌；以及降低该混合溶液的温度并生产纳米颗粒。本发明专利技术的实施方式允许利用金属催化剂在水基中将诸如单一金属、金属合金或金属氧化物的纳米颗粒合成到高浓度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，更具体地涉及 一种，通过该方法利用金属催化剂在 在水基中可以将单一金属、金属合金或金属氧化物等的纳米颗粒合 成到高浓度。
技术介绍
生产金属纳米颗粒的方法包纟舌4b学合成方法、 一几;喊生产方法和 电生产方法。对于用机械力进行研磨的机械生产方法，杂质的不可 避免的混入使得难于合成高纯度的颗粒，并且不可能形成均匀的纳 米级尺寸的颗粒。此外，基于电解的电生产方法具有长的生产时间 和低浓度以及因此的低效率的缺点。化学合成法可以被主要分成汽 相法和液相法。利用等离子体或机械蒸发的汽相法需要昂贵的设 备，所以主要使用液相法，通过该方法可以以低成本合成均匀的颗粒。通过液相法生产金属纳米颗粒的方法主要可分成水基法和非 水基法。尽管非水基法允许获得均匀的颗粒尺寸，但是颗粒尺寸只有几 个纳米，使得当合成金属纳米颗粒如铜等时，为了防止氧化，需要 其他形式的表面处理，如抗氧化涂层。另一方面，对于水基法，颗粒的分布相对4交大，但是由于颗粒 尺寸以几十个纳米为起点，所以与非水基法相比较，氧化速度是非 常慢的。因此，就不需要如在非水基法情形下的特殊抗氧化处理。然而，对于水基法，难以以高浓度合成金属纳米颗粒。高浓度 合成在合成纳米颗粒时是重要的，因为合成的纳米颗粒的浓度越 高，每批得到的纳米颗粒的数量就越大，这允许低成本和较少的废 物，从而使得环境友好的过程和高效的大规^莫生产成为可能。因此，有必要去研发出新的利用水基法将纳米颗粒合成到高浓 度的方法。
技术实现思路
本专利技术的 一 方面提供了 一种用来生产金属纳米颗粒的方法，通 过该方法，利用金属催化剂在水基中可以将纳米颗粒合成到高浓 度。本专利技术的一个方面提供了一种用来生产金属纳米颗粒的方法，其包括制备包含帽化分子(capping molecule )、金属催化剂、还 原剂，和有机溶剂的混合溶液；将金属前体加入到该混合溶液中并 升温至预定温度和搅拌；以及降低该混合溶液的温度并生产纳米颗粒。这里，所述金属前体可以是包含选自由由铜、银、镍、铁、金、 鉑、钇、锌、钛及其合金组成的组中的任何一种的化合物。在一个实施方式中，选自由Cu(N03)2、 CuCl2、 CuS04、 (CH3COO)2Cu和 C5H7Cu02组成的组的铜前体可以用作该金属前体。按每100重量 份的有机溶剂计，该金属前体的含量可以是0.001-50重量份。该金属催化剂可以是具有比纳米颗粒的金属的标准还原电位 低的金属。例如，当生产铜或氧化铜纳米颗粒时，选自由锌、铁、 锡、铅和铝组成的组的金属粉末可以用作金属催化剂。按每100重 量4分的有才几溶剂计，该金属催化剂的含量为0.01-50重量份。该帽化分子可以是选自由聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVP)、聚乙 烯醇、多酸及其书f生物、巯基烷羧酸酯(或盐)、以及羟苯甲酸组 成的组的一种或多种聚合物。这里，多酸包括选自由聚(丙烯酸)、 聚(马来酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、 聚(马来酸-共-丙烯酸)、以及聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)组成的组 的任意一种或多种，并且所述衍生物包括选自由所述多酸的钠盐、 钾盐和铵盐组成的组的任意一种或多种。4姿每100重量4分的有4几溶 剂计，该帽化分子的含量是10-80重量份。该还原剂可以是选自由氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、肼 (N2H4)、磷酸氢钠、葡萄糖、抗坏血酸、单宁酸、二曱基曱酰胺、 硼氢化四丁铵、硼氢化钠(NaBH4)、以及硼氢化锂(LiBH4)组成的 组的任意一种或多种。按每100重量份的有机溶剂计，该还原剂的 含量为0.001-50重量^f分。该有机溶剂可以是选自由水、乙二醇、二甘醇、三甘醇、四甘 醇、丙二醇、二丙二醇、甘油、己二醇、丁二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、1，2-戊二醇、1，2-己二醇及其混合物组成的组的任意一种或多种。在根据本专利技术的一个实施方式的用于生产金属纳米颗粒的方 法中，该混合溶液的制备可以通过将该帽化分子加入到该有机溶剂中，在70-100。C的温度下搅拌，然后加入该金属催化剂和还原剂并 搅拌来实施。在才艮据本专利技术的实施方式的中， 金属氧化物的纳米颗粒可以通过在加入该金属前体后，将混合溶液 的温度升高到80-15(TC而生产。可替换地，单一金属或金属合金的 纳米颗粒可以通过在加入该金属前体后，将混合溶液的温度升高到 155-180。C而生产。降低该混合溶液的温度的方法可以是将该混合溶液加入到0°C 或低于o。c的蒸馏水、乙二醇、醇基溶剂或它们的混合物中。该纳米颗粒的生产可以通过将非极性的溶剂力口入到该混合溶 液中以沉J定该纳米颗4立而实施。例^口，丙酮可以用作该非4及性溶剂。该纳米颗粒的生产可以进一 步包4舌离心该混合溶液以/人该混 合溶液中分离纳米颗粒。才艮据本专利技术的一个实施方式的， 可以进一 步包括用有4几溶剂净化所生产的纳米颗粒以及干燥。该净 化(纯化)可以用蒸馏水和作为有机溶剂的非极性溶剂重复清洗纳 米颗粒而进行，并且干燥可以在真空炉、电炉或干燥器中的任一种中进行。这里，干燥可以在30-60。C温度的氮气或空气中进行。根据以下包括附图和权利要求的描述，本专利技术的其它方面和优 点将变得显而易见和更易于理解，或者可以通过本专利技术的实施而获 知。附图说明图l是表示根据本专利技术的一个方面的用于生产金属纳米颗粒的 方法的流程图，图2是本专利技术的实施例1中生产的氧化铜纳米颗粒的TEM照片，图3是本专利技术的实施例3中生产的铜纳米颗粒的TEM照片，图4示出了本专利技术的实施例1中生产的氧化铜纳米颗粒的XRD 结果，图5示出了本专利技术的实施例3中生产的铜纳米颗粒的XRD结果，图6示出了本专利技术的实施例1中生产的氧化铜纳米颗粒的 TGA-DTA结果，以及图7示出了本专利技术的实施例3中生产的铜纳米颗粒的 TGA-DTA结果。具体实施例方式以下将更详细地描述4艮据本专利技术的一些方面的用于生产金属 纳米颗#立的方法。在传统的金属纳米颗粒的情况下，合成是在约10^M的4氐浓度 范围内的水基中进行的。尤其是，与常用的贵金属比较，铜纳米颗 粒具有高的颗粒生长速度，以致当合成到高浓度时很难控制颗粒的 尺寸。因此，在本专利技术的一些方面中，该金属前体的金属离子是利用金属催化剂有效地加以还原的，因而金属纳米颗粒可以被生产到为传统合成方法的浓度10-100倍的高浓度，并且可保持稳定分散状态的金属纳米颗粒以高的产率加以合成。首先将描述用于本专利技术的具体实施方式的金属前体、金属催化 剂、帽化分子、还原剂和有机溶剂。用于本专利技术的 一 些方面的金属前体是这样的化合物，其包括金 属如铜、银、镍、铁、金、钼、把、锌和钛等，或所述金属的合金。 这样的化合物的实例包括这些金属或金属合金的无机酸盐如硝酸 盐、》灰g臾盐、氯^:物、》舞酸盐、硼酸盐、氧〗b物、^黄酸盐和-克酸盐 等，以及这些金属或合金的有才几酸盐如石更脂酸盐、肉豆蔻酸盐和乙 酸盐等。作为具体实例，当生产铜纳米颗粒或氧化铜纳米颗粒时，该金属前体可以是但不局限于含铜的化合物，如Cu(N03)2、 CuCl2、 CuS04、 (CH3COO)2Cu和C5H7Cu02等。以每100重量份的有机溶剂计，该金属前体的含量可以是 0.001-50重量份。如果该金属前体的含量低于0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产金属纳米颗粒的方法，所述方法包括：制备包含帽化分子、金属催化剂、还原剂、以及有机溶剂的混合溶液；将金属前体加入到所述混合溶液中并升温到预定温度和搅拌；以及降低所述混合溶液的温度并产生纳米颗粒。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：沈仁根，郑在祐，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]