专利名称：贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米材料的合成领域，特别涉及一种利用外加电场辅助制备贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的方法。
背景技术：
纳米材料是指尺寸范围为I IOOnm的材料。粒径小于IOOnm以后，离子的表面原子数与其体内原子数可比。这种性质导致了纳米材料出现了不同于传统体相材料的小尺寸、大表面和量子隧道等效应所引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特性。例如贵金属纳米颗粒具有特殊的物理性质，它们被广泛应用于催化、生物标记、光电子学、信息存储和表面增强拉曼散射等领域。这些特殊性能使其在光电子、微电子、纳电子器件制备、高性能催化剂、生物领域具有着广泛的应用前景。也正是由于这些潜在的应用价值，大量的研究费用都已经投入到纳米材料的研发中，目的是为了寻找合成纳米材料的新的方法以及开发出具有优异性能的纳米材料。目前，纳米材料制备方法主要包括物理方法和化学方法，其中物理方法主要包括脉冲激光沉积法、蒸发冷凝法，分子束外延法(MBE)，机械球磨法等，而化学方法主要包括化学气相沉积、液相沉淀法、溶胶-凝胶法、L-B膜法、自组装单层分子和表面图案法、水热/溶剂热法、喷雾热解法以及电化学法等等。但是，以上所述方法操作复杂，操作成本高昂，且需要苛刻的操作环境要求，无法在常温常压条件下实现制备。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，解决了现有贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料制备方法操作复杂，操作成本高昂，且需要苛刻的操作环境要求，无法在常温常压条件下实现制备的技术问题。本发明的目的通过下述技术方案实现贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，包括以下步骤步骤一，将反应靶置于反应容器中，之后在反应容器中注入液相物质，液相物质浸没反应靶；步骤二，将两块平板电极置于反应容器的对称两侧且与反应靶相分离，并将平板电极与外加电源相连接；步骤三，打开外加电源，调节电压，使外加电场与反应靶反应后，关闭外加电源；步骤四，将反应后的平板电极的阴极取出，干燥，在平板电极的阴极上得到贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料；所述反应靶为贵金属反应靶或过渡金属氧化物反应靶。优选的，所述贵金属反应靶为银反应靶，所述过渡金属氧化物反应靶为镍反应靶、 铜反应靶、钛反应靶、锌反应靶或钴反应靶。
优选的,所述贵金属反应祀的祀材厚度为3 5mm,形状为圆形或方形,祀材表面进行磨平处理。优选的，所述平板电极为平板钼电极、平板石墨电极、平板铝电极或平板铜电扱。优选的，所述反应容器为石英容器或玻璃容器。优选的，所述液相物质为去离子水；所述液相物质的液面高出反应靶上表面3 10mnin优选的，所述步骤三调节电压为5 175伏，使外加电场与反应靶反应进行30 60分钟。优选的，所述过渡金属氧化物为镍的氧化物或氧化亚铜。 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果(I)本发明首次在外加电场辅助作用下合成贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料，该方法操作简单，成本低廉，而且没有苛刻的操作环境要求，能够在常温常压条件下实现制备。(2)本发明提供的贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，是在高纯水环境中(不涉及任何化学试剂)利用外加电场的作用下发生的，因此其制备的纳米材料纯度较高，材料表面洁净没有其它化学杂质、表面活性大使其本征物性得到极大的发挥，无毒、无污染，可以直接应用于生物体系。
图I为本发明使用设备的结构示意图，其中I为直流电源，2为平板电极，3为石英槽，4为金属靶材。图2为实施例I所得银的纳米枝晶的场发射电镜照片图。图3为实施例I所得银的纳米枝晶的透射电子显微镜照片图，其中图3(a)为低倍透射电子显微镜照片图，图3(b)为枝晶的电子衍射照片图；图3(c)、图3(d)分别为银纳米枝晶的枝和干连接处以及尖端的高分辨像。图4(a)为实施例I所得银的纳米枝晶X射线衍射分析图谱，图4(b)是枝晶的紫外-可见吸收光谱图，图4(c)是所得银枝晶的X射线光电子能谱分析图谱。图5(a)为实施例2所得镍的氧化物的场发射电子显微镜照片，图5 (b)为图5(a)的能谱分析图谱。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进ー步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例I :如图I所示，本发明的设备包括直流电源I、两片对称的平板电极2、石英槽3和反应靶4。金属反应祀4为单质银反应祀(纯度为99. 99% ),呈方形,边长为13mm,厚度为3mm左右。将银反应靶置于石英容器3中，向石英槽中注入一定量的去离子水，使去离子水浸没银反应靶，去离子水的液面比银反应靶的上表面高出IOmm左右；将两块形状、尺寸完全相同的平板电极2平行的插入石英槽3中，且保证银反应靶与平板电极2相分离；调节直流电源I的输出电压为75伏，在外加电场与银反应靶反应进行30分钟后，关闭直流电源。将反应后的平板电极2的阴极取出，干燥后拿到场发射电子显微镜下放大观察，即可看到衬底上有纳米银枝晶生成。其中，平板电极2可以是平板石墨电极，也可以是平板铝电扱、平板铜电极或平板钼电极等。图2为本实施例制备出的纳米银枝晶的场发射电子显微镜照片，从图中看到枝晶的主干长度可以达到甚至超过20微米，枝的长度可达到10微米，枝和干的直径范围在IOOnm 200nm之间，叶子直径小于IOOnm,厚度在30nm左右。图3为本实施例制备出的纳米银枝晶的透射电子显微镜照片，其中(a)为纳米银枝晶的低倍透射电子显微镜照片，(b)为纳米银枝晶的电子衍射照片；(C)、(d)分别为纳米银枝晶的枝和干连接处以及尖端的高分辨像。图4(a)为本实施例所得纳米银枝晶X射线衍射分析图谱，(b)为纳米银枝晶的紫外-可见吸收光谱图，(C)为所得纳米银枝晶的X射线光电子能谱分析图谱。通过上述表征手段，可知本发明制备得到的纳米银枝晶，由于其尺度达到纳米尺度，具有很高的比表面积，且表面洁净，结晶性好，具有很好的等离子共振效应，使其在分子探測(表面增强拉曼散射)以及杀菌等方面具有广泛的应用前景。实施例2
本实施例采用实施例I所述的设备，把直径为25mm、厚度为5mm、呈圆形的高纯的镍反应靶(纯度为99. 99% )置于石英容器3中，向石英槽中注入一定量的去离子水，使去离子水浸没镍反应靶，去离子水的液面比镍反应靶的上表面高出IOmm左右；将两块形状、尺寸完全相同的平板电极2平行的插入石英槽中，且保证镍反应靶与平板电极相分离；调节直流电源的输出电压为75伏，在外加电场与镍反应靶反应进行I小时后，关闭直流电源。将反应后的平板电极的阴极取出，干燥后对所得产品进行各种测试(包括场发射电子显微镜分析，X射线衍射、X射线光电子能谱和红外光谱分析)，便可得到非晶的、表面粗糙的球形NiOOH纳米颗粒。其中，平板电极2可以是平板石墨电极，也可以是平板铝电极、平板铜电极或平板钼电极等。图5(a)为本实施例制备出的镍的氧化物的场发射电子显微镜照片，(b)为(a)的能谱分析图谱。通过上述表征手段，可知本发明制备得到非晶的、表面粗糙的球形NiOOH纳米颗粒，由于其尺度达到纳米尺度，具有很高的比表面积，使其在磁学以及电容器等方面有广泛的应用前景。实施例3 本实施例采用实施例I所述的设备，把边长为13mm、厚度为3mm左右的方形的高纯的铜反应靶(纯度为99. 99% )材置于石英容器中，向石英槽中注入一定量的去离子水，使去离子水浸没铜反应靶，去离子水的液面比铜反应靶的上表面高出IOmm左右；将两块形状、尺寸完全相同的平板电极2平行的插入石英槽中，且保证铜反应靶与平板电极相分离；调节直流电源的输出电压为75伏，在外加电场与铜反应靶反应进行I小时后，关闭直流电源。将反应后的平板电极的阴极取出，干燥后对所得产品进行各种测试(包括场发射电子显微镜分析，透射电子显微镜、选区电子衍射等分析手段)，便可得多晶花瓣状的氧化亚铜纳米颗粒。其中，平板电极2可以是平板石墨电极，也可以是平板铝电极、平板铜电极或平板钼电极等。通过上述表征手段，可知本发明制备得到多晶花瓣状的氧化亚铜纳米颗粒，由于其尺度达到纳米尺度，具有很高的比表面积，使其在半导体材料等方面有广泛的应用前景。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置換方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一，将反应靶置于反应容器中，之后在反应容器中注入液相物质，液相物质浸没反应靶； 步骤ニ，将两块平板电极置于反应容器的对称两侧且与反应靶相分离，并将平板电极与外加电源相连接； 步骤三，打开外加电源，调节电压，使外加电场与反应靶反应后，关闭外加电源； 步骤四，将反应后的平板电极的阴极取出，干燥，在平板电极的阴极上得到贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料； 所述反应靶为贵金属反应靶或过渡金属氧化物反应靶。
2.根据权利要求I所述的贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述贵金属反应靶为银反应靶，所述过渡金属氧化物反应靶为镍反应靶、铜反应靶、钛反应靶、锌反应靶或钴反应靶。
3.根据权利要求I或2所述的贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述贵金属反应靶的靶材厚度为3 5mm，形状为圆形或方形，靶材表面进行磨平处理。
4.根据权利要求I所述的贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述平板电极为平板钼电极、平板石墨电极、平板铝电极或平板铜电扱。
5.根据权利要求I所述的贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述反应容器为石英容器或玻璃容器。
6.根据权利要求I所述的贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述液相物质为去离子水；所述液相物质的液面高出反应靶上表面3 10mm。
7.根据权利要求I所述的贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三调节电压为5 175伏，使外加电场与反应靶反应进行30 60分钟。
8.根据权利要求I所述的贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述过渡金属氧化物为镍的氧化物或氧化亚铜。
全文摘要
本发明公开了一种贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料的制备方法，包括以下步骤将反应靶置于反应容器中，之后在反应容器中注入液相物质，液相物质浸没反应靶；将两块平板电极置于反应容器的对称两侧且与反应靶相分离，并将平板电极与外加电源相连接；打开外加电源，调节电压，使外加电场与反应靶反应后，关闭外加电源；将反应后的平板电极的阴极取出，干燥，在平板电极的阴极上得到贵金属纳米材料或过渡金属氧化物纳米材料；所述反应靶为贵金属反应靶或过渡金属氧化物反应靶。本发明操作简单，成本低廉，没有苛刻的操作环境要求，能够在常温常压条件下实现制备；制备的纳米材料纯度较高，无毒、无污染，可以直接应用于生物体系。
文档编号B22F9/14GK102649162SQ20121012728
公开日2012年8月29日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者刘璞, 李红波, 杨国伟, 梁英 申请人:中山大学