[發明專利]由多孔基質和金屬或金屬氧化物納米微粒組成的復合材料

有效

• 申請號: 200680006000.6
• 申請日: 2006-02-16
• 公開（公告）號: CN101128621A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發明（設計）人: 羅蘭·伯努瓦;莫娜·特雷蓋－德勒皮埃爾;瑪麗－路易斯·薩布吉
• 申請（專利權）人: 國家科研中心;法國國立奧爾良大學
• 主分類號: C23C16/48
• 分類號: C23C16/48;C23C18/14;C23C16/04
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王達佐;韓克飛

本發明涉及由多孔基質和金屬或金屬氧化物納米微粒組成的組合物材料。

由微孔或中孔無機材料和以高濃度并且均勻分布于其中的單分散金屬納米微粒組成的復合材料在許多領域引起了人們的興趣，這些領域包括光學、磁致電阻、熱電學及催化。當制備這種材料時，問題在于控制微粒的大小和分布，以及固體內部微粒之間的距離。

現有技術提出了不同的制備這種復合材料的物理化學方法。其通常包括用金屬微粒的前體溶液浸漬多孔固體基質，然后用化學的、熱的、輻射分解的、光化學的或電解的方法在固體基質中還原所述前體。例如，Kuei-Jung?Chao等人[Preparation?and?characterization?of?highlydispersed?gold?nanoparticles?within?channels?of?mesoporous?silica(中孔二氧化硅通道中高分散金納米微粒的制備和表征)，Catalysis?Today(2004)，Vol.97，Issue?1，pp.49-53]描述了一種包括用HAuCl₄的酸性溶液或NaAuCl₄的溶液浸漬多孔二氧化硅，然后在氫氣氣氛下加熱還原的方法。

用溶液形式進行浸漬的方法具有許多缺點。前體溶液的浸漬程度很低，且在固體基質中不均勻。因此，首先是還原后基質內部的納米微粒含量相對保持比較低，通常小于30％體積比，其次是納米微?；旧显诮咏嗫谆|的表面富集，厚度超過約20納米(nm)。另外，微粒大小分布很寬。

已進行了多種試驗以改善多孔基質浸漬容量和均勻性。因而，有人提出延長浸漬步驟的持續時間(高達幾周)，同時對介質施加超聲波或適度加熱。然而，這些處理只產生很小的改進，并且有降解多孔固體的危險。還有人提出通過進行多次浸漬和還原循環以重復浸漬多孔固體基質。這使得增加浸漬容量成為可能。然而，該方法時間長，并且有在固體中產生大小不均勻的微粒的危險，因為可能在一個給定的循環中將金屬前體還原到在先前循環中形成的金屬微粒上。

還有人設想可以制備金屬納米微粒然后分散到固體多孔基質內部。例如EP?1?187?230描述了制備熱電材料的方法，該方法包括用激光束照射目標材料并在真空中回收微粒的步驟，以及將真空中回收的微粒沉積到底物上的第二步驟。該方法的主要缺點在于，不能在基質內部使要得到的納米微粒均勻分散，而在其表面區域最富集。

美國專利第6?670?539號描述了制備了由多孔基質與鉍或其合金的納米絲組成的復合材料的方法，其中基質孔隙的平均大小為5nm至15nm。該方法包括使鉍蒸汽流進基質的孔隙。然后冷卻多孔基質以使鉍蒸汽在蒸汽入口和出口之間的孔隙中逐漸冷凝，這樣在孔隙中逐漸形成鉍納米絲。然而，基質中鉍蒸汽的逐漸冷凝受中孔的大小的限制，并且冷凝不均勻。不均勻的冷凝使得成核反應和納米絲生長很難控制。這導致納米絲不連續以及促進聲子出現并干擾電子傳播的晶界。此外，該文件宣稱品質因數的改善與三維的、而不僅僅是二維的限制有關。在美國專利第6?670?530號中也提出將多孔基質置于預期納米微粒前體的溶液的蒸汽中以制備復合材料。然而，在該方法中，必需迫使蒸汽穿過固體多孔基質，這需要復雜的儀器。另外發現，基質由于其多孔性而很脆弱，因此迫使蒸汽穿過基質能夠導致基質的破裂。另外，該方法的熱約束(T＞590℃)不適于使用熔點低于該溫度的中孔材料。

本發明的目的是提供有效的方法以制備由微孔或中孔固體基質與以高濃度均勻分散在其孔隙中的金屬或金屬氧化物納米微粒組成的復合材料。這是本發明提供制備復合材料的方法以及得到的復合材料的原因。

本發明制備復合材料的方法包括用金屬納米微粒或金屬氧化物納米微粒的一種或多種前體的溶液浸漬微孔或中孔固體材料，然后在所述形成基質的材料內還原所述前體。所述方法的特征在于，在飽和蒸汽壓和前體溶液的回流下進行浸漬，在輻射分解條件下進行還原。