[發明專利]納米材料

在審

• 申請號: 201980076814.4
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN113165064A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 斯蒂芬·德里克·埃文斯;葉孫杰;亞歷山大·弗雷德·馬卡姆;帕特里夏·路易斯·科萊塔
• 申請（專利權）人: 利茲大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/24;C22C1/04
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立;周素霞

一種用于制備貴金屬納米材料的方法，包括：(A)將貴金屬離子源的水溶液和還原劑加入到有機化合物的水溶液中，形成反應混合物，其中該有機化合物能夠在水溶液中進行2D平面堆疊；以及(B)從該反應混合物中分離該貴金屬納米材料。本申請還涉及根據該方法制造的貴金屬納米材料。

技術領域

本發明涉及一種用于制備貴金屬納米材料的方法以及貴金屬納米材料本身。

背景技術

最高數個原子層厚但具有更大橫向面積的二維(2D)納米材料激發了巨大的研究興趣。以石墨烯為例，由于厚度較低但面積較大，2D納米材料具有獨特的電子、機械和表面相關性質。

獨立式超薄2D金屬納米結構具有廣泛的潛在應用。與3維(3D)材料相比，暴露活性金屬位點的增加賦予了其較高的催化活性。此外，2D金屬納米結構的電阻率較低，在電池和電子器件中也具有潛在應用。2D金屬納米結構也可用于表面等離子共振技術。表面等離子共振是許多技術的基礎原理，包括光學傳感、半導體光學吸收增強和其它基于顏色的生物傳感器技術。該技術具有潛在的醫學應用，包括用于癌癥治療的光熱療法。

目前用于2D金屬納米材料的生產方法可以大體上分為物理和化學方法。物理方法包括使用高溫和高壓條件進行壓縮，以及通過重復折疊或壓縮堆疊的金屬片材反復進行尺寸縮減。這些方法目前可以獲得厚度最低為0.9nm的金屬納米材料(S Yang等人，Mater.Chem.Front.，2，2018，456-467)。

化學技術通常涉及使用可溶性金屬前體。通過使用還原劑將可溶性金屬最終還原為中性金屬原子來引發納米材料生長。這些原子為納米材料的生長提供了成核位點。

許多化學技術需要使用固體基底，例如云母、二氧化硅和石墨，在其上生長金屬膜。US-A-2008/166259描述了在固體基底表面上使用固定的膠束作為還原包括鉑和金的貴金屬的位點。該方法可形成厚度為2nm-5nm的金屬納米顆粒。納米顆粒的厚度、形狀和尺寸可通過改變表面活性劑來控制。

生產不含固體基底的超薄2D金屬納米材料是一個重大的挑戰。這是因為金屬原子有形成高度各向同性的3D密堆疊晶格的自然趨勢。通過引入限制物質可以抑制這種自然趨勢，從而誘導各向異性生長，這對于2D金屬納米結構的生產是必需的。迄今為止，已有一系列合成策略采用多種限制物質來阻止初級金屬核的自由生長并促進2D各向異性生長。這些限制物質包括表面活性劑(例如選擇性結合到低折射率金屬表面上的聚合物和活性氣體)和模板(例如層狀水凝膠、石墨烯和石墨烯衍生物)。

已成功使用聚(乙烯基吡咯烷酮)聚合物載體合成了具有0.4nm的報道厚度的超薄Rh納米片(Y.Li等，Nat.Commun.，5，2014，3093)。然而，該方法需要很高的反應溫度。

Au納米片也已通過利用衣康酸十二烷基甘油酯(DGI)的層狀雙層結構制備。通過改變DGI的濃度以影響層狀結構中雙層的間距，納米片的厚度可在幾納米至幾十納米之間調整。(J.Jin等，J.Am.Chem.Soc.，135，2013，12544-12547)。然而，該方法不能產生原子級厚度的金屬納米結構。

發明內容

本發明尋求通過提供獨立式(即無基底)金屬納米結構(例如超薄納米片)的濕法化學合成來改進貴金屬納米材料的形成。

根據第一方面，本發明提供了一種用于制備貴金屬納米材料的方法，包括：

(A)將貴金屬離子源的水溶液和還原劑加入到有機化合物的水溶液中，形成反應混合物，其中該有機化合物能夠在水溶液中進行2D平面堆疊；以及

(B)從該反應混合物中分離該貴金屬納米材料。

通常，納米材料的特征在于存在(優選地主要存在)具有一個超薄的維度(例如其厚度)的納米結構。例如，在數量尺寸分布上可有50％或更多的納米結構具有一個超薄的維度。