СИНТЕЗ КОЛЛОИДНЫХ ЧАСТИЦ ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ С КОНТРОЛИРУЕМЫМИ РАЗМЕРОМ И МОРФОЛОГИЕЙ

1. Коллоидная дисперсия, включающая:
а) множество наночастиц металлов драгоценной группы, выбранных из группы, к которой относятся Pt, Pd, Au, Ag, Ru, Rh, Ir, Os, их сплавы и их смеси, причем приблизительно 90% или больше металла драгоценной группы пребывает в полностью восстановленной форме;
б) дисперсионную среду, включающую полярный растворитель;
в) водорастворимую полимерную суспензию в качестве стабилизатора; и
г) восстановитель,
в которой концентрация наночастиц составляет по меньшей мере приблизительно 2 мас.% от общей массы коллоидной дисперсии,
причем наночастицы имеют средний размер частиц от приблизительно 1 до приблизительно 8 нм, и по меньшей мере 95% наночастиц имеют размер частиц в пределах этого диапазона;
а также коллоидная дисперсия практически не содержит галогенидов, щелочных металлов, щелочноземельных металлов и серных соединений.
2. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что наночастицы металлов драгоценной группы выбраны из группы, к которой относятся Pt, Pd, их сплавы и их комбинации.
3. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что водорастворимая полимерная суспензия в качестве стабилизатора выбрана из группы, к которой относятся поливинилпирролидон, сополимер, включающий винилпирролидон, замещенный жирной кислотой или незамещенный полиоксиэтилен и их комбинации.
4. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что водорастворимой полимерной суспензией в качестве стабилизатора является поливинилпирролидон.
5. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что восстановитель выбран из группы, к которой относятся водород, гидразин, гидроксиэтилгидразин, гидразид муравьиной кислоты, мочевина, формальдегид, муравьиная кислота, аскорбиновая кислота, лимонная кислота, глюкоза, сахароза, ксилит, мезо-эритрит, сорбит, глицерин, мальтит, оксалатная кислота, метанол, этанол, 1-пропанол, изопропанол, 1-бутанол, 2-бутанол, 2-метилпропан-1-ол, аллиловый спирт, диацетоновый спирт, этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль, тетраэтиленгликоль, дипропиленгликоль, дубильная кислота, чесночная кислота и их комбинации.
6. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что восстановитель выбран из группы, к которой относятся аскорбиновая кислота, глюкоза, тетраэтиленгликоль, этанол, этиленгликоль, мезо-эритрит, ксилит, сорбит, глицерин, сахароза, мальтит и их комбинации.
7. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что восстановителем является аскорбиновая кислота.
8. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что полярный растворитель выбран из группы, к которой относятся вода, спирты, диметилформамид и их комбинации.
9. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что полярный растворитель выбран из группы, к которой относятся вода, метанол, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол, 1-бутанол, 2-бутанолизобутанол, гексанол, октанол, глицерин, гликоль, этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, бутандиол, тетраэтиленгликоль, пропиленгликоль, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль, 1,2-пентадиол, 1,2-гексадиол и их комбинации.
10. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что полярным растворителем является вода.
11. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что наночастицы имеют средний размер частиц от приблизительно 1 до приблизительно 5 нм, и по меньшей мере 95% наночастиц имеют размер частиц в пределах этого диапазона.
12. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что наночастицы имеют средний размер частиц от приблизительно 1 до приблизительно 4 нм, и по меньшей мере 95% наночастиц имеют размер частиц в пределах этого диапазона.
13. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что наночастицы имеют средний размер частиц от приблизительно 1 до приблизительно 3 нм, и по меньшей мере 95% наночастиц имеют размер частиц в пределах этого диапазона.
14. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что наночастицы имеют средний размер частиц от приблизительно 2 до приблизительно 4 нм, и по меньшей мере 95% наночастиц имеют размер частиц в пределах этого диапазона.
15. Коллоидная дисперсия по п. 1, отличающаяся тем, что наночастицы имеют средний размер частиц от приблизительно 3 до приблизительно 6 нм, и по меньшей мере 95% наночастиц имеют размер частиц в пределах этого диапазона.
16. Коллоидная дисперсия по любому из пп. 1-15, отличающаяся тем, что по меньшей мере 95% наночастиц имеют размер частиц в пределах 50 процентов от среднего размера частиц.
17. Коллоидная дисперсия по любому из пп. 1-15, отличающаяся тем, что концентрация наночастиц составляет от приблизительно 2 мас.% до приблизительно 80 мас.% от общей массы коллоидной дисперсии.
18. Коллоидная дисперсия по любому из пп. 1-15, отличающаяся тем, что концентрация наночастиц составляет от приблизительно 2 мас.% до приблизительно 10 мас.% от общей массы коллоидной дисперсии.
19. Коллоидная дисперсия по любому из пп. 1-15, отличающаяся тем, что дисперсия сохраняет устойчивость при хранении в течение по меньшей мере приблизительно шести месяцев при окружающей температуре.
20. Коллоидная дисперсия по любому из пп. 1-15, отличающаяся тем, что наночастицы не отделяются от коллоидной дисперсии, когда дисперсию центрифугируют при 4000 об/мин в течение 10 минут при окружающей температуре.
21. Способ получения коллоидной дисперсии наночастиц металла драгоценной группы, в которой по меньшей мере 90% металла драгоценной группы пребывает в полностью восстановленной форме, причем способ включает:
а) приготовление раствора предшественников металлов драгоценной группы, выбранных из солей Pt, Pd, Au, Ag, Ru, Rh, Ir, Os и их сплавы в присутствии дисперсионной среды и водорастворимой полимерной суспензия в качестве стабилизатора, причем предшественники металлов драгоценной группы практически не содержат галогенидов, щелочных металлов, щелочноземельных металлов и серных соединений; и
б) комбинирование раствора с восстановителем для обеспечения коллоидной дисперсии наночастиц металла драгоценной группы, причем концентрация наночастиц составляет по меньшей мере приблизительно 2 мас.% от общей массы коллоидной дисперсии, и по меньшей мере приблизительно 90% металла драгоценной группы в коллоидной дисперсии пребывает в полностью восстановленной форме.
22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что предшественниками металлов драгоценной группы являются соли Pt, Pd или их сплавы.
23. Способ по п. 21, отличающийся тем, что предшественники металлов драгоценной группы выбирают из группы, к которой относятся алканоламиновые соли, гидроксисоли, нитраты, соли карбоновых кислот, аммониевые соли и оксиды.
2
4
24. Способ по п. 21, отличающийся тем, что предшественники металлов драгоценной группы выбирают из группы, к которой относятся моноэтаноламин гексагидроксид платины (IV), дигидрогексагидроксиплатинат, Pd(OH), Ir(ОН), нитрат родия, нитрат платины, цитрат платины, нитрат палладия(II), цитрат палладия(II) и комплекс Pd (II) с гидроксидом аммония.
25. Способ по п. 21, отличающийся тем, что предшественником металла драгоценной группы является моноэтаноламин гексагидроксид платины (IV).
26. Способ по п. 21, отличающийся тем, что водорастворимой полимерной суспензией в качестве стабилизатора является поливинилпирролидон.
27. Способ по п. 21, отличающийся тем, что восстановителем является аскорбиновая кислота.
28. Способ по п. 21, отличающийся тем, что полярным растворителем является вода.
29. Способ по п. 21, отличающийся тем, что способ осуществляют при комнатной температуре.
30. Способ по п. 21, отличающийся тем, что способ также включает нагрев смеси раствора и восстановителя.
31. Способ по п. 21, отличающийся тем, что способ также включает нагрев коллоидной дисперсии наночастиц.
32. Способ по п. 30 или 31, отличающийся тем, что нагрев осуществляют при температуре по меньшей мере приблизительно 55°C.
33. Способ по п. 30 или 31, отличающийся тем, что нагрев осуществляют при температуре от приблизительно 55°C до приблизительно 200°C.
34. Способ по п. 30 или 31, отличающийся тем, что нагрев осуществляют при температуре по меньшей мере приблизительно 100°C.
35. Способ по п. 30 или 31, отличающийся тем, что нагрев включает гидротермическую обработку.
36. Способ по любому из пп. 21-31, отличающийся тем, что также включает нанесение дисперсии наночастиц на материал твердой подложки.
2
37. Способ по п. 36, отличающийся тем, что материал твердой подложки выбирают из группы, к которой относятся кремнезем, глинозем, кремнезем/глинозем, диоксид титана, диоксид циркония, СеО, оксиды редкоземельных элементов, цеолиты, глинистые материалы, углерод и их комбинации.
38. Способ по п. 21, получения дисперсии наночастиц платины отличающийся тем, что
этап а) включает приготовление раствора предшественника платины в дисперсионной среде, в присутствии водорастворимой полимерной суспензии в качестве стабилизатора, причем раствор практически не содержит галогенидов, щелочных металлов, щелочноземельных металлов и серных соединений; и
этап б) включает комбинирование раствора с этиленгликолем в качестве восстановителя для обеспечения коллоидной дисперсии наночастиц платины, причем концентрация наночастиц платины составляет по меньшей мере приблизительно 2 мас.% от общей массы коллоидной дисперсии, и по меньшей мере приблизительно 90% платины в коллоидной дисперсии пребывает в полностью восстановленной форме, и
наночастицы платины имеют средний размер частиц от приблизительно 1 до приблизительно 6 нм, причем по меньшей мере 95% наночастиц имеют размер частиц в пределах этого диапазона.
39. Способ по п. 38, отличающийся тем, что водорастворимой полимерной суспензией в качестве стабилизатора является поливинилпирролидон.
40. Способ по п. 38, отличающийся тем, что наночастицы платины имеют средний размер частиц приблизительно 5 нм.
41. Способ по любому из пп. 38-40, отличающийся тем, что по меньшей мере 95% наночастиц платины имеют размер частиц в пределах 50 процентов от среднего размера частиц.
42. Катализатор, включающий:
а) материал твердой подложки; и
б) наночастицы металла драгоценной группы, связанные с материалом подложки, причем наночастицы получены согласно способу по п. 21.
43. Катализатор по п. 42 в форме катализатора для очистки выхлопного газа двигателя внутреннего сгорания.
2
44. Катализатор по п. 42, отличающийся тем, что материал твердой подложки выбран из группы, к которой относятся кремнезем, глинозем, кремнезем/глинозем, диоксид титана, диоксид циркония, СеО, оксиды редкоземельных элементов, цеолиты, глинистые материалы, углерод и их комбинации.