納米尺度金屬顆粒的連續(xù)制備制造技術

用于制備納米尺度金屬顆粒的連續(xù)方法和系統(tǒng)，包括供給選自有機金屬化合物、金屬絡合物、金屬配位化合物及其混合物中的至少一種可分解部分到反應器容器（２０）內；暴露可分解部分到足以分解所述部分并產(chǎn)生納米尺度金屬顆粒的能量源；和沉積或收集納米尺度金屬顆粒。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及連續(xù)制備用于催化和其它應用的納米尺度金屬顆粒。通 過實施本專利技術，能以比利用常規(guī)處理所完成的更快速度、更大精度和更 大靈活性來制備和收集納米尺度金屬顆粒。因此，本專利技術提供了用于制 備這類納米尺度金屬顆粒的實用和節(jié)約成本的系統(tǒng)。
技術介紹
催化劑在現(xiàn)代化學處理中正變得普遍存在。催化劑用于材料如燃 料、潤滑劑、制冷劑、聚合物、藥物等的生產(chǎn)，以及在水和空氣污染緩 解過程中起重要作用。事實上，催化劑被認為在美國物質國民生產(chǎn)總值的足足三分之一中起作用，如Alexis T. Bell在"The Impact of Nanoscience on Heterogeneous Catalysis" ( Science, 299巻,1688頁, 2003年3月14日)中所述。一般而言，催化劑可被描述為沉積在高表面積固體上的小顆粒。傳 統(tǒng)上，催化劑顆粒可為亞微米直到數(shù)十微米。Bell描述的一個例子是汽 車的催化轉化器，其由壁涂有多孔氧化鋁(氧化鋁)薄涂層的蜂窩組成。 在催化轉化器內部部件的生產(chǎn)中，用鉑族金屬催化劑材料的納米顆粒浸 漬氧化鋁基面涂層(wash coat)。事實上，目前使用的大多數(shù)工業(yè)催化 劑都包括鉑族金屬尤其是輛、銠和銥或堿金屬如銫，有時結合其它金屬 如纟失或4臬。這些顆粒的小尺寸被認為在它們的催化功能方面極其重要。事實 上，Bell也注意到，催化劑的性能可能受催化劑顆粒的粒度影響很大， 因為顆粒的性質如表面結構和電子性質會隨著催化劑顆粒的尺寸變化 而變化。在Eric M. Stuve于2003年5月13日在Frontiers in Nanotechnology Conference, Department of Chemical Engineering of the University of Washington提供的關于催化納米技術的研究中，描述了總的看法在于， 在催化中使用納米尺寸顆粒的優(yōu)點歸因于這樣一個事實，即小顆粒的可 用表面積大于較大顆粒的可用表面積，因而通過使用這種納米尺寸催化劑材料在表面處提供了更多的金屬原子使催化優(yōu)化來提高效率。但是， Stuve指出，使用納米尺寸催化劑顆粒的優(yōu)點可能不只是簡單地歸因于 尺寸效應。更確切地，納米顆粒的使用能表現(xiàn)出改進的電子結構和在納 米顆粒中存在的具有真正小刻面的不同形狀，這提供了可能有利于催化的相互作用。實際上，Cynthia Friend在"Catalysis On Surfaces" (Scientific American, 1993年4月，74頁)中斷定了催化劑形狀，更 具體而言指催化劑顆粒表面上原子取向，在催化中的重要作用。另外，不同的傳質阻力也可能改善催化劑作用。因此，正尋求能在更靈活的商 業(yè)上有效的平臺上用作催化劑的納米尺寸金屬顆粒的制備。此外，正尋 求納米尺度顆粒的其它應用，不管是對于傳統(tǒng)上用于催化的鉑族金屬還 是對于其它金屬顆粒。但是，通常按兩種方式制備催化劑。 一種這樣的方法包括催化劑材 料被沉積到載體顆粒如碳黑或其它類似材料的表面上，然后所述負載有 催化劑的顆粒自身被負載到需要催化的表面上。這種方法的一個例子是 在燃料電池場所中，其中負載有鉑族金屬催化劑的碳黑或其它類似顆粒 隨后自身被負載到膜/電極界面處以催化分子氫分解成它的組成質子和 電子，得到的電子通過電路作為燃料電池產(chǎn)生的電流。通過負載到載體 顆粒上制備催化劑材料的 一個主要缺點在于負載反應需要的時間量，在 一些情況下其可能以小時計。Yadav和Pfaffenbach在美國專利6716525中描述了在較粗糙的載體 粉末上分散納米尺度粉末以便提供催化劑材料。Yadav和Pfaffenbach的 載體顆粒包括氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫屬元素化物、金屬 和合金。按照Yadav和Pfaffenbach,分散在載體上的納米顆粒可為多種 不同材料中的任何，包括貴金屬如鉑族金屬、稀土金屬、通常所說的半 金屬以及非金屬材料，和甚至簇，如富勒烯、合金和納米管。或者，制備催化劑材料的第二種常用方法包括在載體上直接負載催 化劑金屬如鉑族金屬，不使用會干擾催化反應的載體顆粒。例如，如上 所述的許多汽車催化轉化器具有直接負載在形成轉化器結構的氧化鋁 蜂窩上的催化劑顆粒。但是，在載體結構上直接沉積催化金屬所需要的 過程通常在極端溫度和/或壓力下進行。例如， 一種這樣的過程為在超過 1500。C的溫度和高真空條件下的化學濺射。因此，這些過程難以操作且 昂貴，而且是以瞄準線(line of sight)方式運行，阻礙了襯底的充分使用。在提供納米尺度催化劑顆粒的嘗試中，Bert和Bianchini在國際專 利申請公布No. WO2004/036674中建議了使用沖莫板樹脂制備用于燃料 電池應用的納米尺度顆粒的方法。但是，即使技術上可行，Bert和 Bianchini方法也需要高溫(大約300°C-800°C ),并需要幾個小時。因 此，這些方法具有有限的價值。Sumit Bhaduri采用了不同方法，在"Catalysis With Platinum Carbonyl Clusters" , Current Science, 78巻，11期，2000年6月IO日中，聲稱 羰基鉑簇具有作為氧化還原催化劑的潛力，羰基鉑簇指具有三個或更多 個金屬原子的多核羰基金屬絡合物，但Bhaduri出版物承認這類羰基簇 作為氧化還原催化劑的行為并沒有完全理解。事實上，已認識到羰基金 屬用于其它應用中的催化中。羰基金屬還被用作例如無鉛汽油中的抗爆化合物。但是，羰基金屬 的更有意義用途在于制備和/或沉積羰基化物(carbonyl)中存在的金屬， 這是因為羰基金屬通常被視為易分解和揮發(fā)，導致金屬沉積和一氧化 碳。一般而言，羰基化物為與一氧化碳結合的過渡金屬，并具有通式 Mx(CO)y,其中M為零氧化態(tài)的金屬，x和y都為整數(shù)。盡管多數(shù)人認 為羰基金屬為配位化合物，但金屬-碳鍵的性質使部分人將它們歸類為有 機金屬化合物。在任何情況下，可使用羰基金屬制備高純度金屬，但未 用于制備納米尺度金屬顆粒。如所述，還發(fā)現(xiàn)羰基金屬的催化性質是有 用的，如用于汽油抗爆配方中有機化學物質的合成。因此，需要用作例如催化劑材料的納米尺度金屬顆粒的連續(xù)制備。 所需系統(tǒng)可用于制備負載在載體顆粒上的納米尺度顆粒，但重要地，還 可用于直接在表面上收集納米尺度顆粒，不需要極端溫度和/或壓力。
技術實現(xiàn)思路
提供了制備納米尺度金屬顆粒的連續(xù)系統(tǒng)和方法。納米尺度顆粒指 平均直徑不大于約1000納米(nm)例如不大于約1微米的顆粒。更優(yōu) 選地，通過本專利技術系統(tǒng)制備的顆粒具有不大于約250nm的平均直徑，最 優(yōu)選不大于約20nm。優(yōu)選地，通過本專利技術制備的顆粒可大致為球形或各向同性，即它們具有約1.4或更小的縱橫比，但具有更高縱橫比的顆粒也可被制備并用 作催化劑材料。縱橫比指該顆粒的最大尺寸對該顆粒的最小尺寸的比(因此，完美的球具有l(wèi).O的縱橫比)。本專利技術的顆粒的直徑取為該顆 粒所有直徑的平均值，即使在顆粒的縱橫比大于1.4的那些情況下。在本專利技術的實施中，將可分解的含金屬部分(moiety)供給到反應 器容器內并施加分解該部分的足夠能量，使得該部分本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種制備納米尺度金屬顆粒的方法，包括：　　　　ａ）連續(xù)供給選自有機金屬化合物、金屬絡合物、金屬配位化合物及其混合物中的至少一種可分解部分到反應器容器內；　　　　ｂ）暴露所述可分解部分到足以分解所述部分并產(chǎn)生納米尺度金屬顆粒的能量源；和　　　　ｃ）沉積或收集納米尺度金屬顆粒。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：RA默庫里，
申請(專利權)人：戴雷克塔普拉斯專利及科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：CY[塞浦路斯]