摘 要：贵金属纳米材料不仅自身具有优越性能，而且将其与其他材料组合到一起，往往能够使复合材料具备更好的物理和化学性能。此次围绕贵金属纳米复合材料的制备工艺及其应用展开探究。先以化学还原法、模板法、高温热分解法、微乳液法等常用且实用的方法为例，对贵金属纳米复合材料的制备工艺展开具体分析，讨论各方法的主要思路及制备要点；再结合当前生物医学、传感器检测和催化领域的生产工作实际情况，对该类复合材料的具体应用展开讨论和探究。

关键词：贵金属；纳米复合材料；制备工艺；应用

中图分类号：TB33  文献标识码：A  文章编号：1002-5065（2024）05-0007-3

收稿日期：2024-01

作者简介：施宏宇，男，生于1973年，云南祥云人，本科，工程师，研究方向：贵金属材料加工。

通讯作者：陈南光，男，生于1970年，云南昆明人，本科，高级工程师，研究方向：贵金属材料及化学化工。

早在上世纪，贵金属纳米材料就凭借其独特性质受到广泛关注，并被应用到工业领域中，并且发挥了较为显著的应用效果。贵金属通常是指金、银与铂族金属，其主要特点在于密度大、熔点高，具有较强的耐腐蚀性，与其他金属种类相比，贵金属的美观程度较高，而且化学性质稳定，因此常被用于制作珠宝、纪念品等昂贵产品，同时在电气、电子等领域表现出显著的应用价值。

伴随纳米技术的快速革新，人们逐渐加强对贵金属纳米复合材料的探索，发现许多复合材料的催化活性与选择性得到进一步提升，若能将其充分且广泛的投入到工业生产中，不仅能够有效压低生产成本，而且能够凭借其优势性能，为各领域工作提供更有力的支持。因此，如何做好对于贵金属纳米复合材料的制备，并对其加以合理应用，成为当前纳米材料研究中备受关注的课题。

1 贵金属纳米复合材料的制备工艺

1.1 化学还原法

在化学还原法中，通常是以金属盐作为原材料，通过对表面活性剂与还原剂的合理选用，制备产出贵金属纳米颗粒，包括有硼氢化钠、柠檬酸钠、有机铵盐等都是应用程度较高的还原剂。而表面活性剂的加入，能够从形貌、尺寸等方面，实现对于纳米颗粒的有效控制，对颗粒表面加以适当修饰，避免出现颗粒团聚的情况。如选用硼氢化钠和聚乙烯醇，将其分别作为还原剂和保护剂，能够制备出粒径在2.0nm左右的金纳米颗粒，而且可以将其高度分散至纳米棒。在以硝酸银作为金属盐、以硼氢化钠作为还原剂的情况下，能够通过化学还原法得到纳米银粒子，而且该粒子表现出较强的抑菌功能。通过对金、银两种纳米粒子的对比，可以发现后者在抑制白色念珠菌生长方面的效果更加显著^[1]。

1.2 模板法

模板法的主要思路在于，首先选择价格偏低但形貌可控的物质作为模板材料，以预先合成的方式将其制作成模板，随后选用适宜的物理或化学方法，在将目标产品沉积至模板表面后，在移除模板后，借助于纳米限域效应与结构导向作用，制备出形状和尺寸较为特殊的纳米颗粒。通常情况下，可将模板法大致划分为三类：其一是软模板法，主要是在表面活性剂及其他有机物的作用下，维度、方向等方面，对纳米颗粒的生成情况加以有效调节；其二是硬模板法，在对碳纳米管、二氧化硅加以处理后，再利用物理方法对纳米制备过程加以控制，使纳米产物达到预期的大小和形貌；其三是牺牲模板法，主要是以前驱体溶液和模板核作为材料，通过刻蚀或置换反应等方式，制备出形貌、尺寸符合要求的纳米粒子。在该过程中，模板与前驱体间会互换电子，对内核模板造成破坏。在贵金属纳米复合材料的诸多制备工艺中，模板法不仅流程简单、便于操作，而且得到的产物具备较强的分散稳定性。经实验证实，以硼氢化钠为材料，能够通过模板法制备得到金—银复合纳米笼，在银纳米笼表面上，金元素呈均匀规律的排列状态，每个颗粒的粒径约为600nm，在激光染料的痕迹痕量检测中，该复合物能够发挥出显著功能^[2]。

1.3 高温热分解法

在高温热分解法的应用过程中，先要将金属前驱体提前沉淀或沉积，随后对其进行高温煅烧，利用其高温条件下结构不稳定的特点，将其分解后制备得到贵金属化合物。该方法兼具操作方便、流程简洁等优势，而且制备产物表面并无保护剂，因此无需对其进行洗涤、过滤和干燥等操作。现有研究成果表明，将该方法与种子介导生长法联合使用，能够制备得到四氧化三铁—金纳米复合材料，通过形貌观察和性能特点分析发现，在四氧化三铁表面上，金纳米颗粒呈均匀规律的排列，复合材料粒径均匀^[3]。

1.4 微乳液法

在当前的单分散纳米颗粒的制备中，微乳液法的应用程度较高，该方法主要是基于表面活性剂的增溶功能，在对两种无法相互溶解的溶剂加以处理后，将其制作成为均匀的微乳胶，从中析出固相后，在其成核、生长成型后再进行热处理，进而制备得出纳米颗粒。在众多制备方法中，微乳液法不仅便于操作，而且可控性较强，能够从成核、团聚到生成，实现对于材料制备过程的全程控制，使纳米颗粒生长到预期的尺寸大小，可保障颗粒间大小均匀，而且纳米颗粒能够表现出较强的分散性，有效防止纳米粒子团聚现象的出现。现有研究成果表明，通过对微乳液法的合理应用，能够制备得到棒状、四面体状等多种形状的磷酸原纳米材料，而且其具有较为良好的光催化性能，能够对次甲基蓝粉末加以充分降解。通过对不同形貌磷酸原纳米材料的对比，可以发现四面体状材料的光催化性能最好。

1.5 溶剂热法

在溶剂热法的应用过程中，常用的溶剂主要有非水溶媒、有机物等，评价溶液自身压力和适当的温度，能够使原本的混合物发生反应，进而合成出贵金属纳米材料。在该反应过程中，反应时间、溶剂种类、反应参数等都是影响晶核生长的主要因素，可以通过这些因素的调节，对晶核生长过程加以灵活把控，通过对于反应压力的适当调节，能够使反应物的活性得以显著提升。该方法不仅工艺难度偏低，对于相关设备的要求也相对偏低，而且制备得到的纳米材料兼具缺陷少、结晶好等诸多优势。现有研究成果表明，通过该方法能够制备出纳米银修饰的二氧化钛微球，其中纳米银的颗粒分布均匀，制成的纳米复合材料能够对过氧化氢发挥较强的催化活性，微球电极的检测极限能够达到0.04μmol·L^-1，而且稳定性、重现性以及重复性均相对较好^[4]。

1.6 晶种生长法

晶种生长法属于两步合成方法，能够将分离成核与后续的生长过程一分为二，适用于纳米晶材料的合成，将该方法应用于贵金属纳米材料制备中，一方面要对金属前驱体盐溶液进行氧化还原，使其能够分解成大量的金属原子；另一方面要制备好预先形成的纳米晶，并将其用于反应位点，在此基础上，由另一原子于位点上异相成核，最终得到新的纳米粒子。在该制备过程中，除了还原剂和稳定性的选择外，包括温度在内的许多因素也会影响到纳米颗粒的大小，因此与其他纳米材料制备方法相比，晶种生长法表现出控制难度较高的局限性。现有研究成果表明，将该方法与共沉淀法联合应用，能够有效制备出四氧化三铁—金纳米复合材料，能够将金稳固的包覆在四氧化三铁纳米颗粒的表面，而且该材料表现出一定磁性，具备较佳的表面增强拉曼散射性能^[5]。

1.7 其他方法

在贵金属纳米复合材料的制备中，可用的工艺方法较为丰富，除上述所列方法外，诸如置换反应法、电化学沉积法、生物合成法等也都属于较为常用且应用效果较为理想的制备方法，在实际应用过程中，技术人员应当根据复合材料的制备要求以及具体的制备环境，灵活选用适宜的制备方法。

2 贵金属纳米复合材料的应用

2.1 在生物医学领域的应用

金纳米粒子虽然在表面修饰方面展现出良好性能，而且能够发挥出较强的局域表面等离子体共振特性，但与多功能化的生物应用需求相比，金单质材料的现有性能仍显不足。但在利用金和半导体制成纳米复合材料，二者之间会发生能量转移效应，对半导体的电荷分离起到良好的促进效果，更加高效的生成活性氧，进而借助于活性氧的功能发挥，达到杀死癌细胞的目的，因此在当前的癌症患者临床治疗中，金—半导体纳米复合材料常被用于协同治疗。利用金纳米颗粒与多孔药物载体制备得到复合材料，能够借助于金的光热特性，对药物释放发挥显著的促进功能，使其更加稳定高效的发挥治疗效果，因此在当前的纳米载药研究与应用中，金纳米复合材料具有较大的开发与应用空间^[6]。

凭借比表面积大的特点，纳米银材料能够应用于抗菌药物中，通过与细菌中的巯基发生反应，进而发挥出较强的抗菌作用。将纳米银材料添加到涂料中，能够在灭杀周围有害病菌方面发挥出显著成效。在对纳米银材料与碳纳米管进行化学处理后，制备得到的复合材料可以发挥出显著的杀菌功能，而且与纳米银相比，复合材料的稳定性更加显著。由原花青素与银合成得到的纳米复合材料，能够在增强银的稳定性的同时，促进其抗菌效果的提升，因此在当前的长效抗菌产品制作中，原花青素-银纳米复合材料已成为重要原材料。在生物分子作为模板的情况下，制备得到的贵金属荧光纳米复合材料兼具毒性低、尺寸小、相容性佳等诸多优势，目前已在生物标记领域中受到广泛关注，可以预期其广阔的应用前景。通过小白鼠实验证实，在将修饰金纳米簇注入生物体内后，能够展现出较强的荧光信号，对生物体与背景作出明显区分，在生物成像研究中具有较高的应用价值。

2.2 在传感检测工作中的应用

与其他纳米材料相比，贵金属纳米复合材料的光学特性十分显著，在构建贵金属复合纳米结构后，对于许多种类的目标检测物，都能够发挥出良好的特异性检测功能。在基于激光刻蚀的处理方法下，对负载钯纳米粒子与碳纳米片加以复合，得到的复合材料具备钯纳米粒子的优势作用，能够对肼展现较强的催化活性，进而与石墨碳纳米片发挥合力，进一步对系统电子转移加以改善，因此，二者的纳米复合材料能够用于对含肼类物质的定量分析，在当前自来水、河水等样品检测工作中，纳米钯复合物具有较高的应用价值。另外，在利用金纳米粒子与二氧化碳钼等制成玻碳修饰电极后，将其应用到多巴胺电化学测量中，不仅所得到检测结果较为精准，而且检测稳定性较高，适用的检测范围较广，因此在多巴胺检测中取得了较高的应用程度。纳米金颗粒还能够和巯基化的甘露糖进行化合，进而得到Man—纳米传感器，将其应用到大肠杆菌定量检测中，能够十分敏锐的检测中大肠杆菌的荧光，对于疾病诊断起到显著的促进作用。另外，利用纳米金与碳纳米管复合材料能够制造出气体传感器，在室温条件下，该传感器能够快速且精准的检测得到空气中是否存在硫化氢。

2.3 在催化领域的应用

电动车需要依靠燃料电池提供动力，而在质子交换膜燃料电池的制作中，通常要在阴极加入铂基催化剂，以此来为其氧化还原反应提供助力。然而在实际应用中，由于铂的价格较高且相对稀缺，因此很难将其广泛应用于生产实践中，因此需要利用铂与其他物质制备纳米复合材料，如在以蒙脱石为载体的情况下，使用碳化钨与纳米铂制成三元纳米复合催化材料，同样能够发挥出较为理想的催化作用，而且相较于以铂为原料，纳米复合材料的应用能够大幅降低贵金属的使用量，进而达到降低成本的效果，在实践中也更具推广价值。不仅如此，由于蒙脱石的表面积较大，还能够进一步提升铂和碳化钨的催化活性，使其更具分散性，有效减少复合催化剂被毒化的风险，即便是在酸碱度较高的环境条件下，该复合材料仍能较为稳定的发挥催化功能。对多壁碳纳米管和铂进行化学反应，使纳米铂负载到碳纳米管表面，其比表面积较高，而且复合材料的催化活性较强。

由贵金属与单组分半导体制成的复合材料同样很多，如将贵金属纳米颗粒掺入半导体材料中，能够对其费米能级移动起到良好的促进效果，为载流子的迁移和分离提供助力，使其迁移效率得到大幅提升，同时阻碍电子与空穴间的复合，使材料的光学活性得到显著改善。在表面等离子体共振效应的作用下，纳米贵金属能够使半导体材料的光谱响应范围得以明显拓宽。另外，在将银、铂、钯等纳米粒子掺入二氧化钛粉末后，催化活性位点数量大幅增加，能够更显著的发挥电荷分离效应，进而大幅提升光催化制氢效率，复合后材料的制氢效率通常可达到此前的5倍以上。若二氧化钛粉末中掺杂一定量的氮。再将纳米银负载其表面，在二氧化钛与纳米银间会形成一定强度局域电场，对电子与空穴间的分离起到促进作用，使材料的光解水性能得以进一步提升，而且明显优于单一纯二氧化钛。因此在当前的催化领域，贵金属纳米复合材料的应用程度日益提升。

3 结语

贵金属纳米材料自身结构较为特殊，将其与其他材料组合时能产生较强的相互作用，表现出化学性能稳定、抗腐蚀性强、催化活性高等诸多优势。在工业研究与生产中，通过对化学还原法、模板法、高温热分解法、微乳液法等工艺的适当运用，能够制备得到多种贵金属纳米复合材料，这些复合材料凭借其自身独特且较强的性能，能够对于抗菌治疗、生物检测、产品催化等工作起到显著的促进效果，因此在生物医学、传感检测、以及催化等领域，得到了较为广泛的关注，而且具有十分广阔的应用空间。不过目前，有关贵金属纳米复合材料的研究体系还不够完善，诸如在复合材料组分设计、复合材料制备工艺的优化、材料废旧后的循环再利用等方面，现有的研究成果仍相对较少，还存在较大的探索与完善空间，希望后续研究能在此方面加以探究，为该类材料的制备与应用给予更有力的理论支持。

参考文献：

[1]刘以柔,黄安达,高书刊等.贵金属纳米复合材料的制备工艺及应用研究[J].热加工工艺,2022,51(20):8-11.

[2]辛霞,纳米纤维素/贵金属纳米团簇复合材料的制备及其应用研究.山东省,山东大学,2021-12-05.

[3]寿雯,杨双婷,王悦靓等.贵金属纳米粒子与水凝胶复合材料的制备及其在分析化学领域的应用进展[J].分析化学,2021,49(05):676-685.

[4]薛沙.贵金属纳米复合材料的制备及其SERS应用研究[D].天津大学,2021.

[5]刘旭.AuNR@Cu2O-AuNP纳米复合材料的制备及其光催化降解性能研究[D].西安理工大学,2021.

[6]张景娟.贵金属负载石墨烯纳米复合材料的制备及其在电催化析氢反应和乙醇氧化反应中的应用[D].山西师范大学,2021.