脉冲激光烧蚀法制备的Pt纳米粒子的SEM图
纳米尺度金属微粒不仅具有良好的催化性能,而且有可能在新技术中得到应用, 其制备和性质研究长期以来一直是很活跃的研究领域. 纳米金属粒子的制备方法大致可以归结为两大类: 化学方法和物理方法. 将金属离子或金属络合物还原为零价原子, 零价原子生长为纳米级颗粒的方法为化学方法, 如化学氧化还原法、反胶束微团法、辐射化学还原法、电化学方法等. 这些方法的共同特点是通过控制化学反应速率和反应方向来控制产物粒子的大小, 粒子粒径分布受很多因素的影响, 但是制备得到的粒子均一性比较好. 采用蒸发和激光烧蚀块体金属来获得纳米尺度颗粒的方法属于物理方法,这种方法根据实验条件分为气相和液相两种制备手段, 由于气相制备对真空度和温度有一定的要求, 设备较复杂, 成本高, 所以目前用液相激光烧蚀法制备纳米尺度金属粒子受到了较多关注.
采用液相激光烧蚀法制备金属纳米粒子已有近十年时间, 该方法是一种方便有效且适用性很广的材料制备方法,它是利用激光脉冲轰击浸没在液体(水和其它溶剂)中的金属靶, 使其表面发生热熔化和(或)汽化, 由此产生的金属原子或团簇相互凝聚便形成了纳米颗粒. 这些金属纳米颗粒悬浮且分散于溶液中形成纳米胶体. 由于在制备过程中不涉及化学反应, 所以该方法可以制备出纯净单一的金属纳米粒子, 避免了像化学还原等方法所带来的其它物质的影响.另外,鉴于激光烧蚀的特点,激光烧蚀方法对制备高熔点的金属纳米粒子具有明显的优势.
目前, 已有报道采用该方法制备Ag、Au及其合金、Cu及其与Zn的合金、Zn及其化合物、硫化铪等粒子, 而制备熔点更高, 化学性质也更加不活泼的Pt和Ru等金属则鲜有报道. 前人研究表明, 在液相脉冲激光烧蚀法中, 激光的波长、能量密度、烧蚀时间、靶物质、溶液、溶液中的溶质及其浓度都会对制备出的产品有影响.
复旦大学化学系傅正文等人采用液相脉冲激光烧蚀法成功地制备了高熔点的金属Pt、Ru与Ag纳米粒子. 采用SEM、TEM、ED和紫外-可见吸收光谱表征了纳米粒子的特征. 纳米粒子的粒径基本在数个到数十个纳米的大小范围内. 发现含适量PVP(poly(vinylpyrrolidone))的水溶液有利于纳米粒子的制备, 而且还能够提高纳米粒子悬浮液的稳定性. 该制备方法较简单, 在制备高熔点的纳米金属粒子方面有着其它方法所不能比拟的优势.