贵金属是有色金属材料中尤为特别的一类，关键就在于那个“贵”字，满满都是金钱的气息。贵金属纳米材料中包括金、银、铂、钯、钌、铑、锇和铱等，因具有突出的催化性质、电性质、磁性质和光学性质，其应用几乎遍及了电子、化工、医药、能源、冶金、陶瓷等所有行业，是纳米科技领域中最富有活力的分支学科之一。

贵金属纳米粒子在适当条件下可以催化断裂H—H、C—H、C—C和C—O键，被广泛用作催化剂

但众所周知，食材本身再好，也需要有出色的厨师才能烹饪出精美的菜肴——贵金属纳米材料的物理化学性质、形貌和尺寸及成本同样与其制备方法密不可分。若你想更深入地了解这种“高富帅”的纳米材料，首先就要从制备方法开始。

贵金属纳米粒子的制备总体来说可分成两类：“从上到下”法（主要是物理法，如机械粉碎、超声波粉碎等）及“从下到上”（主要是化学法，将前驱反应物通过化学还原、光解、热解等方法产生金属原子，聚集成纳米金属颗粒），下文将按反应介质分类来进行总结。

一、气相法

惰性气体蒸发冷凝法

惰性气体冷凝法（简称IGC法）是在低压Ar、He等惰性气体中加热金属，使其蒸发后快速冷凝形成纳米粉末，是制备金属纳米粒子的最直接有效的方法。目前日、美、法、俄等少数工业发达国家已采用该法部分实现了某些贵金属纳米材料的产业化生产。

此法的优点是：粒径可控、产品纯度较高、可制得粒径为5～10nm的金属纳米粒子并具有清洁的表面、粒子很少团聚、块体纯度高、相对密度也较高。

气相化学反应法

气相化学反应法制备金属纳米粒子是利用挥发性的金属化合物的蒸气，通过化学反应生成所需要的化合物，在保护气体环境下快速冷凝，从而制备各类物质的纳米粒子。例如，利用金属Fe、Co、Ni等能与CO反应形成易挥发的羰基化合物而在温度升高后又分解成金属和CO的性质，制备成金属纳米粒子。

该法的优点是，粒子纯度高、粒度小而均匀、分散性好、化学反应性与活性高等。但该方法因受前驱物的局限性而应用范围较窄。

二、液相法

液相化学还原法

液相化学还原法是指在常压、常温状态下或者水热条件下，金属盐溶液在介质的保护下被还原剂直接还原的方法。金属盐通常为氯化物、硫酸盐或硝酸盐等可溶性盐，利用液相化学还原法已经成功制备的贵金属纳米材料有Pd、Pt、Ru、Au、Ag、Co等纳米金属簇。

该方法的优点是：制备成本低，设备要求简单；反应易控制，可通过对温度、时间、还原剂等工艺参数的优化实现对晶形及颗粒尺寸的控制；缺点是，需用高纯度试剂、不允许引入杂质。

反相微乳液法

当表面活性剂溶解在有机溶液中的浓度超过临界胶束浓度时，会形成几至几十nm之间彼此独立的亲水基朝内、疏水基朝外的球形微乳颗粒，一定条件下可保持特定稳定小尺寸，是制备均匀小尺寸粒子的理想微环境。自从Boutonnet等首次用微乳液制备出单分散的金属纳米粒子以来，人们已用该法制出了Fe、Co、Au、Ag等金属纳米粒子。

W/O微乳球结构示意图

此方法的最突出优点是，由于反应在纳米反应器内进行，反应物处于高分散状态下，防止了局部过饱和，因此，所得微粒通常非常细小且是单分散的；又由于产物表面包覆了一层表面活性剂，所以不易团聚。不过，使用该法时必须严格控制溶胶到凝胶以及粉末干燥过程的团聚。

电化学方法

电化学法是指在以季铵盐作为电解质和稳定剂条件下，金属在阳极被氧化，离子在阴极被还原而产生金属纳米颗粒。此法可制得很多用通常方法不能制备或难以制备的高纯金属纳米粒子，尤其是电负性大的金属纳米粒子。

该方法的优点是：①可通过改变电流密度来控制颗粒大小（电流密度越高颗粒越小）；②纳米颗粒从溶剂中沉淀出来后很容易分离；③产率高，超过95%。由于粒子的制备和表面包覆同步完成，因此所得粒子是高弥散和抗氧化的。

辐射合成法

辐射合成法的原理是电离辐射使水发生电离和激发，生成还原粒子H自由基、具有很强的还原能力的e_aq^-以及氧化性粒子OH自由基等。当加入甲醇、异丙醇等自由基清除剂后，发生夺H反应而清除氧化性OH自由基，生成的有机自由基也具有还原性，这些还原性粒子逐渐将金属离子还原为金属原子或低价金属离子，生成的金属原子聚集成核，最终长成纳米微粒。

优点：制备工艺简单、制备周期短、产率较高，产物粒度可控；粒子生成及包覆同步进行防止粒子的团聚。但此法所得产物处于离散胶体状态，收集存在困难，常与水热结晶法、反相微乳液法等结合使用。

超声法

超声的作用来自于声空化，它是指液体中微小泡核的形成、振荡、生长、收缩至崩溃，从而引发物理、化学变化。空化泡崩溃时，极短的时间内在空化泡周围的极小空间内将产生瞬间的高温(～5000K)和高压(～1.8×10⁸Pa)及超过10¹⁰K·s^-1的冷却速度，并伴随强烈的冲击波和(或)时速达400 Km的射流及放电发光作用。

超声过程中，空化泡的爆裂

超声过程中极高的能量可以促使新相的形成，在纳米超细颗粒制备中有独特的作用，近年来已发展成一种新型制备纳米材料的技术。应用超声方法已经制备了许多纳米尺度的贵金属粒子，如:Au、Pd、Ag和Pt。

微波法

微波法具有快速、节能、加热均匀、调控便利、形成金属簇颗粒小、分布窄等优点，这是纳米金属颗粒合成中第一个连续合成法、可供规模生产的纳米金属胶体(簇)的例子。此方法操作稳定，重复性好。金属胶体(簇)微波合成法当前已成为一项方法学上的新成果，与经典的化学还原法、电化学还原法、γ-辐射分解法、声化学法等并列而被广泛介绍引用。

光量子还原法

光量子还原法是制备贵金属胶体的一种十分重要的方法。基本原理是通过光照使溶液产生水化电子e_aq^-和还原性的自由基，e_aq^-或自由基可还原溶液中的金属离子，使之显示出不寻常的价态。如:Ag⁺+e_aq^-=Ag^o，Ag^o连续积聚可形成较大颗粒，通过用高分子聚合物或其它介质来稳定形成的颗粒，便可制备出不同尺寸的纳米材料。

三、固相法

许多有机金属化合物可热分解形成相应的零价金属，从而开辟了固相法制备金属纳米粒子的新途径。Pd和Pt有机溶胶可由醋酸钯、乙酰丙酮钯和铂氯化物等前驱体热解得到。但该方法的缺点是所用溶剂沸点较高，合成时因没有稳定剂，颗粒尺寸分布较宽，往往能观察到大颗粒，所以至今没有得到推广。

四、总结

贵金属纳米粒子的制备方法种类繁多，工艺相对简单，这正是它能够被广泛应用的重要原因之一。纳米尺寸带来的独特性能使得贵金属纳米材料在诸多领域都如鱼得水，其中，具有新的电子及催化性能的1~10nm贵金属纳米粒子更是受到万众瞩目。更多关于贵金属纳米材料的应用，小编将在下篇文章中继续整理。

资料来源：

贵金属纳米材料的研究进展张树霞，高书燕，杨恕霞，张洪杰。

金属纳米粒子的制备与应用，魏建红，官建国，袁润章。

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