专利名称：含钯纳米粒子的多孔玻璃及其制备方法
技术领域：
本发明涉及玻璃的制备领域，更具体地说，涉及一种含钯纳米粒子的多孔玻璃及 其制备方法。
背景技术：
掺金属粒子得到的复合材料是一种在光学、电子、抗菌以及催化等领域有着重要 作用的功能材料。早在公元4世纪，罗马玻璃工人就懂得了在玻璃掺杂金、银等金属颗粒， 制备出具有丰富、美丽色彩的玻璃制品。如今，随着非线性光学的发展，尤其自1983年美国 科学家Jian和Lind研究了玻璃掺杂纳米颗粒后的三阶非线性性能之后，人们对玻璃中掺 金属粒子的研究开始偏重于其光学性能方面。当金属纳米粒子被掺入玻璃时，玻璃基质将 粒子彼此隔离开，形成量子点，使得电子的局域性和相干性增强，引起量子限域效应。同时， 当金属纳米粒子的尺寸远小于光场波长时，作用于粒子上的电场也明显不同于周围的介质 宏观场，其极化过程将改变局域的介电常数，从而产生介电限域效应。这些效应都会导致玻 璃的非线性光学性能的显著提高，使具有非线性光学性能的复合材料在光存储、传输和开 关等领域有着重要的应用优势，例如与电子开关器件相比，全光光子开关器件具有开关时 间短、节能以及寿命长等优点，将成为未来光电设备的重要组成部件。目前，在玻璃基质中制备均勻分布的金属纳米粒子已成为国际物理、化学界的一 个重要努力方向。常用的制备方法有熔融法、离子注入法以及溶胶凝胶法等，这些工艺相 对比较成熟。但是，这些方法也都存在着一些不足之处，例如熔融法需要将金属盐与玻璃 料混合后在高温下进行熔融，由于玻璃体系的粘度较大，金属颗粒要在玻璃基质中实现均 勻分散不是件容易的事情；离子注入法是将金属以离子形式注入到玻璃基质中，再通过热 处理得到金属纳米粒子，这种方法需要使用昂贵的离子注入设备，并且注入深度有限，金属 纳米粒子只能分布在玻璃基质表面；还有一种方法是利用溶胶凝胶法在制备玻璃的同时将 含有金属盐的溶液与玻璃溶胶混合，通过后处理能够得到含有金属纳米粒子的玻璃，金属 纳米粒子的分散也相对比较均勻，但是这种方法制备玻璃，工艺复杂、生产周期较长，且玻 璃制品的强度较低，达不到实用的要求。
发明内容
本发明要解决的一技术问题在于，针对现有的含有金属纳米粒子的玻璃的制备方 法，金属纳米粒子在玻璃中的分散不均勻，或者工艺复杂、生产周期较长的缺点，提供一种 含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其制备出的玻璃中的钯纳米粒子分布均勻，并且工 艺简单、制备方便。本发明要解决的又一技术问题在于，针对现有含有金属纳米粒子的玻璃，玻璃中 的金属纳米粒子分散不均勻的缺点，提供一种含钯纳米粒子的多孔玻璃，其采用上述制备 方法制作，玻璃中的钯纳米粒子分布均勻。本发明解决其技术问题所采用的一技术方案是提供一种含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，包括下述步骤配制含钯离子的溶液；配制还原剂的溶液；浸泡将多孔玻璃交替放置于所述含钯离子的溶液中和所述还原剂溶液中分别浸 泡后，制备出所述含钯纳米粒子的多孔玻璃。在本发明所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述配制含钯离子的溶 液的步骤为将含钯离子的化合物溶解于溶剂中，配制成浓度范围在lmol/L 1 X IO-6Hiol/ L的含钯离子的溶液，所述含钯离子的化合物为氯化钯、硝酸钯或硫酸钯，所述溶剂为水或乙醇。在本发明所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述配制还原剂溶液的 步骤为将还原剂溶于溶剂中，配制成浓度范围在lmol/L 1 X 10_3mol/L的还原剂溶液，所 述还原剂为硼氢化钠、柠檬酸钠、次磷酸钠、甲醛、水合胼、抗坏血酸或硼氢化钾，所述溶剂 为水或乙醇。在本发明所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述还原剂为水合胼、 柠檬酸钠、硼氢化钾或硼氢化钠。在本发明所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述浸泡步骤为将多 孔玻璃放置于所述含钯离子的溶液中，浸泡0. 5h以上，含钯离子的溶液充分进入到多孔玻 璃的微孔中，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗，再放置于所述还原剂溶液中，浸泡反应 IOmin 20h，多孔玻璃中的钯离子还原得到钯单质，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗 后干燥，制备出所述含钯纳米粒子的多孔玻璃。在本发明所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述浸泡步骤为将 多孔玻璃放置于所述还原剂溶液中，浸泡0. 5h以上，还原剂溶液充分进入到多孔玻璃的 微孔中，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗，再放置于所述含钯离子的溶液中，浸泡反应 IOmin 20h，多孔玻璃中的钯离子还原得到钯单质，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗 后干燥，制备出所述含钯纳米粒子的多孔玻璃。在本发明所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述浸泡步骤重复数次 进行。在本发明所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述多孔玻璃内分布有 微孔，单个微孔的孔径大小为4 100纳米，多孔玻璃内微孔的体积占多孔玻璃总体积的 25 40% ；所述多孔玻璃的原料的主要成分，按重量份计算，包含SiO2 94 98份；B2O3 1 3 份；Al2O3 1 3 份；Na2O 0 1 份；ZrO2 0 1 份。本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是提供一种含钯纳米粒子的多孔 玻璃，采用如上所述的方法制备，包括多孔玻璃及其内分布的微孔，单个微孔的孔径大小 为4 100纳米，多孔玻璃内微孔的体积占多孔玻璃总体积的25 40%，微孔内均勻分布 有钯纳米粒子。在本发明所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃中，所述多孔玻璃的主要成分，按重量 份计算，包含:Si02 94 98份；B2O3 1 3份；Al2O3 1 3份；Na2O 0 1份；ZrO2 0 1 份。实施本发明，具有如下有益效果本发明的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，采用分布有纳米级微孔的多孔玻璃，在微孔中制备出钯纳米粒子，能够有效的限制粒子的 尺寸，并使钯纳米粒子在玻璃中具有良好的分散性，其工艺简单、制备周期短、能够有效节 约生产成本；所制得的含钯纳米粒子的多孔玻璃，玻璃中的钯纳米粒子分布均勻，能够使玻 璃的非线性光学性能显著提高。
具体实施例方式下述实施例1 10中所采用的多孔玻璃，为已成型的多孔玻璃，可以实验室制作， 也可以直接使用市售的康宁公司Vycor系列多孔玻璃，其原料的主要成分，按重量份计算， 包含Si02 94 98份；B2O3 1 3份；Al2O3 1 3份；还可以含有其它成分，如Na20 0 1份；&02 0 1份；所制得的多孔玻璃内分布有微孔，单个微孔的孔径大小为4 100纳 米，多孔玻璃内微孔的体积占玻璃总体积的25 40%。实施例1 在室温环境下，将氯化钯溶解于水中，配制浓度为lmol/L的氯化钯水溶 液5mL，将抗坏血酸溶解于水，配制浓度为1 X liTmol/L的抗坏血酸水溶液10mL，并将氯化 钯水溶液冷藏存放。将多孔玻璃放到氯化钯水溶液中浸泡0. 5h，以使氯化钯水溶液充分进 入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后再将多孔玻璃放到抗坏血 酸水溶液中浸泡反应3h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含钯纳米粒子的多孔玻璃。实施例2 在室温环境下，将硫酸钯溶解于水中，配制浓度为1 X IO-1HioVL的硫酸 钯水溶液10mL，将甲醛溶解于水，配制浓度为1 X 10_3mol/L的甲醛水溶液10mL，并将硫酸钯 水溶液冷藏存放。将多孔玻璃放到硫酸钯水溶液中浸泡0. 5h，以使硫酸钯水溶液充分进入 到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后再将多孔玻璃放到甲醛水溶 液中浸泡反应20h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含钯纳米粒子的多孔玻璃。实施例3 在室温环境下，将硝酸钯溶解于水中，配制浓度为1 X 10_2mOl/L的硝酸 钯水溶液10mL，将硼氢化钾溶解于水中，配制浓度为1 X lO^mol/L的硼氢化钾水溶液10mL， 并将硝酸钯水溶液放在棕色瓶冷藏存放。将多孔玻璃放到硝酸钯水溶液中浸泡lh，以使硝 酸钯水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔 玻璃放到硼氢化钾水溶液中浸泡反应0. 5h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含钯纳米 粒子的多孔玻璃。实施例4 在室温环境下，将氯化钯溶解于水中，配制浓度为1 X 10_3mol/L的氯化 钯水溶液10mL，将硼氢化钠溶解于水中，配制浓度为lmol/L的硼氢化钠水溶液10mL，并将 氯化钯水溶液冷藏存放。将多孔玻璃放到氯化钯水溶液中浸泡lh，以使氯化钯水溶液充 分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到硼氢 化钠水溶液中浸泡反应lOmin，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含钯纳米粒子的多孔玻璃。实施例5 在室温环境下，将氯化钯溶解于水中，配制浓度为lX10_4mol/L的氯化 钯水溶液，将水合胼用蒸馏水稀释，配制浓度为ι χ 10_2mol/L的水合胼水溶液10mL，并将氯 化钯水溶液冷藏存放。将多孔玻璃放到氯化钯水溶液中浸泡lh，以使氯化钯水溶液充分进 入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到水合胼水 溶液中浸泡反应1. 5h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含钯纳米粒子的多孔玻璃。实施例6 在室温环境下，将氯化钯溶解于水中，配制浓度为1 X 10_5mol/L的氯化钯水溶液，将甲醛溶解于乙醇中，配制浓度为lX10_3mol/L的甲醛乙醇溶液10mL，并将氯化 钯水溶液冷藏存放。将多孔玻璃放到氯化钯水溶液中浸泡lh，以使氯化钯水溶液充分进入 到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到甲醛乙醇溶 液中浸泡反应3h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含钯纳米粒子的多孔玻璃。为了使多 孔玻璃所含的钯纳米粒子的含量增加，可将上述浸泡操作步骤重复5次。实施例7 在室温环境下，将氯化钯溶解于乙醇中，配制浓度为1 X 10_6mol/L的氯 化钯乙醇溶液，将硼氢化钠溶解于水中，配制浓度为1 X 10"3mol/L的硼氢化钠水溶液10mL， 并将氯化钯乙醇溶液冷藏存放。将多孔玻璃放到硼氢化钠水溶液中浸泡lh，以使硼氢化钠 水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃 放到氯化钯乙醇溶液中浸泡反应lOmin，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含钯纳米粒子 的多孔玻璃。为了使多孔玻璃所含的钯纳米粒子的含量增加，可将上述浸泡操作步骤重复 10次。实施例8 在室温环境下，将氯化钯溶解于水中，配制浓度为lX10_2mol/L的氯化 钯水溶液10mL，将硼氢化钠溶解于水中，配制浓度为1 X lO^mol/L的硼氢化钠水溶液10mL， 并将氯化钯水溶液冷藏存放。将多孔玻璃放到硼氢化钠水溶液中浸泡lh，以使硼氢化钠水 溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放 到氯化钯水溶液中浸泡反应0. 5h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含钯纳米粒子的多 孔玻璃。实施例9 在室温环境下，将氯化钯溶解于水中，配制浓度为lX10_4mol/L的氯化 钯水溶液10mL，将柠檬酸钠溶解于水中，配制浓度为1 X lO^mol/L的柠檬酸钠水溶液10mL， 并将氯化钯水溶液冷藏存放。将多孔玻璃放到柠檬酸钠水溶液中浸泡lh，以使柠檬酸钠水 溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放 到氯化钯水溶液中浸泡反应12h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含钯纳米粒子的多孔 玻璃。为了使多孔玻璃所含的钯纳米粒子的含量增加，可将上述浸泡操作步骤重复4次。实施例10 在室温环境下，将氯化钯溶解于水中，配制浓度为1 X 10_3mol/L的氯化 钯水溶液10mL，将次磷酸钠溶解于水中，配制浓度为1 X 10_2mol/L的次磷酸钠水溶液10mL， 并将氯化钯水溶液冷藏存放。将多孔玻璃放到次磷酸钠水溶液中浸泡lh，以使次磷酸钠水 溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放 到氯化钯水溶液中浸泡反应20h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含钯纳米粒子的多孔 玻璃。为了使多孔玻璃所含的钯纳米粒子的含量增加，可将上述浸泡操作步骤重复2次。上述实施例1 10所制备出的含钯纳米粒子的多孔玻璃在多孔玻璃的微孔内均 勻分布有钯纳米粒子。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。
权利要求
1.一种含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其特征在于，包括下述步骤配制含钯离子的溶液；配制还原剂的溶液；浸泡将多孔玻璃交替放置于所述含钯离子的溶液中和所述还原剂溶液中分别浸泡 后，制备出所述含钯纳米粒子的多孔玻璃。
2.如权利要求1所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其特征在于，所述配制 含钯离子的溶液的步骤为将含钯离子的化合物溶解于溶剂中，配制成浓度范围在lmol/ L lX10_6mOl/L的含钯离子的溶液，所述含钯离子的化合物为氯化钯、硝酸钯或硫酸钯， 所述溶剂为水或乙醇。
3.如权利要求1所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其特征在于，所述配制 还原剂溶液的步骤为将还原剂溶于溶剂中，配制成浓度范围在lmol/L lX10_3mol/L的 还原剂溶液，所述还原剂为硼氢化钠、柠檬酸钠、次磷酸钠、甲醛、水合胼、抗坏血酸或硼氢 化钾，所述溶剂为水或乙醇。
4.如权利要求3所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其特征在于，所述还原 剂为水合胼、柠檬酸钠、硼氢化钾或硼氢化钠。
5.如权利要求1所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其特征在于，所述浸泡 步骤为将多孔玻璃放置于所述含钯离子的溶液中，浸泡0. 5h以上，使含钯离子的溶液充 分进入到多孔玻璃的微孔中，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗，再放置于所述还原剂溶 液中，浸泡反应IOmin 20h，多孔玻璃中的钯离子还原得到钯单质，然后将多孔玻璃取出， 用蒸馏水清洗后干燥，制备出所述含钯纳米粒子的多孔玻璃。
6.如权利要求1所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其特征在于，所述浸泡 步骤为将多孔玻璃放置于所述还原剂溶液中，浸泡0. 5h以上，使还原剂溶液充分进入到 多孔玻璃的微孔中，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗，再放置于所述含钯离子的溶液 中，浸泡反应IOmin 20h，多孔玻璃中的钯离子还原得到钯单质，然后将多孔玻璃取出，用 蒸馏水清洗后干燥，制备出所述含钯纳米粒子的多孔玻璃。
7.如权利要求1所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其特征在于，所述浸泡 步骤重复数次进行。
8.如权利要求1所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其特征在于，所述多孔 玻璃内分布有微孔，单个微孔的孔径大小为4 100纳米，多孔玻璃内微孔的体积占多孔玻 璃总体积的25 40% ；所述多孔玻璃的原料的主要成分，按重量份计算，包含=SiO2 94 98 份；B2O3 1 3 份；Al2O3 1 3 份；Na2OO 1 份；ZrO2 0 1 份。
9.一种含钯纳米粒子的多孔玻璃，采用如权利要求1所述的方法制备，其特征在于包 括多孔玻璃及其内分布的微孔，单个微孔的孔径大小为4 100纳米，多孔玻璃内微孔的体 积占多孔玻璃总体积的25 40%，微孔内分布有钯纳米粒子。
10.如权利要求9所述的含钯纳米粒子的多孔玻璃，其特征在于，所述多孔玻璃的主要 成分，按重量份计算，包含=SiO2 94 98份；B2O3 1 3份；Al2O3I 3份；Na2O 0 1份； ZrO2 0 1 份。
全文摘要
本发明涉及一种含钯纳米粒子的多孔玻璃及其制备方法，所述含钯纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，包括下述步骤配制含钯离子的溶液；配制还原剂溶液；浸泡将多孔玻璃交替放置于所述含钯离子的溶液中和所述还原剂溶液中分别浸泡后，制备出所述含钯纳米粒子的多孔玻璃。本发明还涉及了采用上述方法所制备的含钯纳米粒子的多孔玻璃。本发明的制备方法采用分布有纳米级微孔的多孔玻璃，在微孔中制备出钯纳米粒子，工艺简单、制备周期短；所制得的含钯纳米粒子的多孔玻璃，钯纳米粒子的分布均匀。
文档编号C03C11/00GK102001828SQ20091018968
公开日2011年4月6日 申请日期2009年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者周明杰, 陆树新, 马文波 申请人:海洋王照明科技股份有限公司