专利名称：一种利用离子液体制备金属纳米结构的方法
技术领域：
本发明涉及一种形成金属纳米结构的方法，尤其涉及一种在使用金属盐作为前驱体的多元醇还原反应中使用离子液体来均勻地形成各种形状例如立方体或八面体纳米颗粒、纳米线以及类似物的纳米结构的方法。
背景技术：
近来，已积极进行金属纳米颗粒合成的研究，以便于将其应用到平面显示器、触摸式面板、太阳能电池等方面。由于这些金属纳米颗粒实际上可用来制造透明电极、导电油墨 (conductive ink)以及类似物，所以需要研发出可大量生产金属纳米颗粒的技术。更进一步，由于金属纳米颗粒的形状是影响材料特性例如导电性以及类似性能的重要因素，所以也需要研发出可自由地控制金属纳米颗粒形状的技术。近来，论文(Chem. Mater. 14,4736-4745)中报导了一种用于形成金属纳米结构的技术，其中，当一种化合物例如聚乙烯吡咯烷酮或类似物与一种多元醇(polyol)还原剂例如乙二醇(ethyleneglycol)或类似物一同使用时，可形成线状金属纳米结构。这种技术被称为“多元醇还原法”。这种多元醇还原法的优点在于能够相对容易地形成溶液相金属纳米结构。然而，使用多元醇还原法所形成的该金属纳米结构会有下列问题尽管该金属纳米结构主要部分具有线状，但是仍会混有各种形状，并且难以使其形状依照反应条件而再现地形成金属纳米结构。因此，在形成金属纳米结构方面，需要研发出可均勻地且自由地控制金属纳米结构的形状例如线状、立方体状、八面体状以及类似形状的技术。
发明内容
因此，本发明为了解决上述问题，且本发明的目的在于提供一种使用离子液体可以自由地且均勻地形成各种形状的金属纳米结构的方法。根据本方法，在使用金属盐作为前驱体的多元醇还原反应中可形成各种形状例如线状、立方体状、八面体状以及类似形状的金属纳米结构。本发明所达到的目的并不限于上述目的，并且其他目的可以通过下述描述使本领域技术人员能够很清楚地理解。为了达到上述目的，本发明提供了一种用于形成各种形状的金属纳米结构的方法，该方法包括以下步骤将离子液体、金属盐以及还原性溶剂(reducing solvent)混合以形成混合物；并使该混合物反应。在该方法中，金属纳米结构的形状可以由构成所述离子液体的阳离子与阴离子之间的化学键来决定。更进一步，在该方法中，通过使用各种种类的离子液体可以形成包括一维、二维、 以及三维金属纳米结构的各种形状的金属纳米结构。在本发明中，金属纳米结构的形状随着使用金属盐作为前驱体的多元醇还原反应中离子液体的阴离子成分的变化而变化。也就是说，通过改变离子液体中阴离子的种类可以形成各种形状的金属纳米结构。金属盐由金属阳离子与有机或无机阴离子构成。本发明的金属盐的例子可以包括但不限于AgN03、Ag (CH3COO) 2、AgClO4, Au (ClO4) 3、PdCl2, NaPdCl4, PtCl2, SnCl4, HAuCl4, FeCl2, FeCl3> Fe (CH3COO) 2、CoCl2、K4Fe (CN)6, K4Co (CN)6, K4Mn(CN)6 和 K2CO3。所述金属盐通过还原反应而被转化成对应的金属纳米结构，例如银纳米结构、金纳米结构、钯纳米结构、 锡纳米结构、铁纳米结构、钴纳米结构或者类似结构。所述还原性溶剂为极性溶剂，能够溶解金属盐并且分子中具有两个或更多个羟基，例如二醇(diol)、多元醇(polyol)、甘醇或类似物。所述还原性溶剂的具体例子包括乙二醇(ethyleneglycol)、1,2_ 丙二醇(1, 2-propyleneglycol)、1, 3_ 丙二醇(1, 3-propyleneglycol)、甘油(glycerin)、丙三醇(glycerol)、聚乙二醇、聚丙二醇等等。所述还原性溶剂通过诱导金属盐使诱导金属盐被还原而产生金属元素。所述离子液体是含有有机阳离子与有机或无机阴离子的化合物，并且是由下列化学式IA表示的咪唑鐺型(imidazolium-based)离子液体和/或由化学式IB所表示的吡啶鐺型(pyridinium-based)离子液体。〈化学式1A>
权利要求
1.一种用于形成各种形状的金属纳米结构的方法，该方法包括下列步骤将离子液体、金属盐以及还原性溶剂混合以形成混合物；以及使该混合物反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属纳米结构的形状由构成所述离子液体的阳离子与阴离子之间的化学键来决定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使用含有硫化合物阴离子例如含有烷基硫酸盐阴离子(RSO4-)或烷基磺酸盐阴离子(RSO3-)的离子液体，以形成一维的金属纳米结构，例如纳米线；使用含有卤素阴离子的离子液体，以形成三维金属纳米结构；使用含有氯阴离子(Cl—)的离子液体，以形成立方体金属纳米结构；以及使用含有溴阴离子(Br—)的离子液体，以形成八面体金属纳米结构。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，所述离子液体是含有有机阳离子与有机或无机阴离子的化合物，并且是单分子化合物或聚合化合物。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中，所述离子液体包括由下列化学式 IA表示的咪唑鐺型离子液体和由下列化学式IB表示的吡啶鐺型离子液体<化学式1A>
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其中，所述离子液体的阴离子为选自 Br\ Cr、Γ、BFp PF6\ ClOp NO” AlClp A12C1” AsF6\ SbFp CH3C00\ CF3C00\ CH3S03\ C2H5S03\ CH3S04\ C2H5S04\ CF3S03\ (CF3SO2) 2N\ (CF3SO2) 3C\ (CF3CF2SO2) 、C4F9SOf、 C3F7COCTiP (CF3SO2) (CF3CO) N_ 中的任意一种。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的方法，其中，所述金属盐由金属阳离子与有机或无机阴离子所构成，并且为选自 AgN03、Ag(CH3C00)2、AgC104、Au(C104)3、PdCl2、NaPdCl4、 PtCl2,SnCl4,HAuCl4,FeCl2,FeCl3^Fe (CH3COO) 2、CoCl2、K4Fe (CN)6^K4Co (CN) 6、K4Mn (CN) 6、K2CO3 中的任意一种。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的方法，其中，所述还原性溶剂为分子中具有两个或更多个羟基的溶剂，例如二醇、多元醇、甘醇或类似物，并且为选自乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、聚丙二醇中的任意一种。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其中，所述离子液体、金属盐以及还原性溶剂的混合比例中，所述金属盐基于该还原性溶剂的浓度为0. 01 1M，以及所述离子液体基于该还原性溶剂的浓度为0. 001 1M，或当所述离子液体为聚合离子液体时，所述离子液体的重复单元基于该还原性溶剂的浓度为0. 001 1M。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的方法，其中，除了所述离子液体、金属盐以及还原性溶剂以外，使用由下列化学式2A表示的氮化合物或由下列化学式2B表示的硫化合物作为添加剂
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述氮化合物或硫化合物基于100重量份的金属盐的含量为0.1 100重量份。
12.使用权利要求1至11中任意一项所述的方法形成的金属纳米结构。
全文摘要
本发明提供了一种用于形成金属纳米结构的方法，具体而言，本发明提供了一种在使用金属盐作为前驱体的多元醇还原反应中使用离子液体来均匀地形成各种形状例如立方体或八面体纳米颗粒、纳米线以及类似物的纳米结构的方法。
文档编号B82B3/00GK102369154SQ201080014483
公开日2012年3月7日 申请日期2010年4月7日 优先权日2009年4月8日
发明者徐光锡, 金太永, 金钟银 申请人:徐光锡