способ получения органических дисперсий кластеров атомов металлов

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ДИСПЕРСИЙ КЛАСТЕРОВ АТОМОВ МЕТАЛЛОВ, включающий совместную конденсацию паров летучего органического растворителя и металла в вакууме на охлаждаемую до низких температур подложку, отличающийся тем, что после конденсации полученные кластеры атомов металлов подвергают пересольватации органическими растворителями формамидом или N-метилформамидом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения стабильных кластеров атомов металлов, диспергированных в органических растворителях. Органические дисперсии кластеров атомов металлов могут быть использованы для получения металлсодержащих полимеров, металлических или металлоподобных покрытий (пленок) на твердых поверхностях с целью придания им комплекса практически важных физико-химических свойств, а также при создании новых каталитических систем.

Известен способ, состоящий в совместной конденсации в глубоком вакууме органических растворителей и металлов на охлаждаемую подложку с последующим отогревом замороженной матрицы до комнатных температур. При этом получают дисперсии сольватированных кластеров атомов металлов в полярных органических растворителях [1] В описанном способе область применяемых органических растворителей ограничена значениями диэлектрической проницаемости от 10 до 55. Типичные размеры частиц металла в получающихся дисперсиях от 3 до 10-20 нм, время устойчивости дисперсий от 1-2 до 12-24 ч.

Предложенный способ позволяет уменьшить средние размеры частиц до 1-7 нм и повысить устойчивость дисперсий металлов в полярных органических растворителях до нескольких недель.

Предложенный способ состоит в совместной конденсации паров металла и летучего органического растворителя в вакууме на охлаждаемую до низких температур подложку с последующим добавлением к низкотемпературному соконденсату высокополярного растворителя формамида (109) или N-метилформамида (189) и пересольватацией им полученных кластеров атомов металла.

Отличием предложенного способа является то, что для повышения стабильности органических дисперсий кластеры атомов металлов, образующиеся при совместной конденсации паров металла и летучего органического растворителя в вакууме на охлаждаемую до низких температур подложку, пересольватируют органическими растворителями формамидом и N-метилформамидом.

Кластеры атомов металлов, образующиеся при низкотемпературной соконденсации, в процессе отогрева способны к обратимой флокуляции, завершающейся с течением времени образованием крупных металлических частиц. Введение высокополярного органического растворителя на ранних стадиях развития флокуляции приводит к пересольватации присутствующих в системе малых кластеров и пептизации уже образовавшихся их более крупных ассоциатов. Таким образом пересольватация высокополярными растворителями формамидом и N-метилформамидом ограничивает размеры частиц и повышает агрегативную устойчивость дисперсий кластеров атомов металлов.

Предложенный способ состоит в том, что пары атомов металла и любого высоколетучего органического растворителя (например, ацетона) соконденсируют в вакууме на низкотемпературную подложку. Для этого используют реактор, соединенный с вакуумной установкой для получения вакуума в системе не хуже 10^-4 торр.

На чертеже изображена схема предлагаемой установки.

На чертеже обозначены: 1 испаритель металла; 2 экран; 3 сопла для подачи летучих органических веществ; 4 ампула для сбора летучих продуктов; 5 электроды к испарителю металла; 6 плоский шлиф; 7 выход для вакуумирования реактора.

В качестве низкотемпературной подложки служат стенки реактора, охлаждаемые жидким азотом до 80 К. К полученному низкотемпературному соконденсату добавляют органический растворитель, обладающий высокой диэлектрической проницаемостью (формамид или N-метилформамид) и проводят пересольватацию образовавшихся кластеров атомов металлов, отгоняя исходный растворитель под вакуумом.

П р и м е р 1. Серебро формамид.

В лодочку испарителя 1 помещают металлическое серебро (Т_исп.=1200^оС), в ампулу 4 предварительно обезгаженный ацетон. В ходе опыта ампулу с ацетоном выдерживают при -7^оС. Реактор откачивают до 10^-4 торр и помещают в сосуд с жидким азотом. Доводя температуру испарителя 1 до 1200^оС, проводят совместную конденсацию паров серебра и ацетона на стенки реакционного сосуда. Количество испаряемого серебра 0,5 мг, объем соконденсированного ацетона 5 мл. Время соконденсации 1,5 ч. После завершения напыления охлаждение реактора прекращают и вводят в него формамид (109) в соотношении объемов формамид/ацетон 1: 1. Ацетон удаляют из системы испарением под вакуумом. Фракцию крупных частиц серебра (d=10²-10³ нм) отделяют центрифугированием.

Данные электронной микроскопии по определению размеров кластеров атомов серебра свидетельствуют, что имеется распределение по размерам со средними значениями 2-5 нм. Стабильность раствора 2-3 недели.

П р и м е р 2. Свинец формамид.

В испаритель 1 помещают металлический свинец (Т_исп.=600^оС). Получение дисперсии проводят аналогично примеру 1. Раствор кластеров атомов свинца в формамиде содержит частицы со средними значениями размеров 1-3 нм. Стабильность раствора не менее 1 месяца.

П р и м е р 3. Серебро N-метилформамид.

В испаритель 1 помещают металлическое серебро. После завершения соконденсации серебра и ацетона в систему вводят N-метилформамид. В результате получают раствор кластеров атомов серебра в N-метилформамиде со средними размерами частиц 3-7 нм. Стабильность раствора 2-3 недели.

Таким образом согласно данному изобретению получают органозоль, содержащий сольватированные кластеры атомов металлов размерами 1-7 нм и не меняющий своего внешнего вида в течение недель.