前不久，德國柏林技術大學的研究人員在開放陶瓷（Open Ceramics）期刊報告了一種制備金屬納米顆粒陶瓷復合材料的簡單通用制備方法，通過將微細納米金屬顆粒嵌入陶瓷材料中以增大它們的商業應用范圍。

含金屬前驅體合成示意

金屬納米粒子的吸引力在于其獨特的電子和光學性質，這部分依賴于延伸到其結構中的量子力學效應。這些特性為化學催化、電子、光學、傳感器技術和磁學等不同領域的創新提供了機會。然而，到目前為止，在實際應用所需的條件下穩定性差，限制了發展。“這個問題可以通過在非晶態陶瓷基體中嵌入金屬納米粒子來解決，”研究小組成員Bekheet說。

“我們使用容易獲得的起始材料，在一步化學反應中生產了幾種復合材料”。Bekheet和他的同事利用含硅聚合物來制造陶瓷，這種陶瓷屬于聚合物衍生陶瓷（PDC）的范疇。他們選擇PDC是因為它們具有高穩定性、耐腐蝕性以及在加熱或暴露于一系列化學條件下的適當行為。

在氬氣氣氛下，通過金屬醋酸鹽與聚乙烯基硅氮烷（Durazane 1800）在室溫下一步反應合成了含金屬（Mn，Fe，Co，Cu，Zn，Ag）的聚硅氮烷前驅體。合成的含金屬前驅體的紅外光譜表明，合成過程中使用的金屬醋酸鹽催化聚硅氮烷中-Si-H和-Si-CHCH₂基團之間的硅氫加成反應。將合成的含金屬前驅體在700℃和1100℃氬氣氣氛下熱解，得到含有金屬或金屬硅化物的納米陶瓷復合材料。

Maged Bekheet（右）和主要作者王軍在制作金屬陶瓷納米復合材料的簡易實驗裝置旁

其中一些含有鎳或鈀金屬的納米復合材料被證明是一種重要的工業反應的優良催化劑，即甲烷的干重整反應。這將甲烷（廣為人知的天然氣）與二氧化碳一起轉化為一氧化碳和氫氣的混合物，稱為合成氣，合成氣是化學工業中許多工藝的關鍵起始原料。

另一種納米復合材料含有錫作為其金屬成分，其特性使其適合作為可充電電池的電極材料。這些最初的例子展示了三種可能性，研究人員希望它們的納米復合材料具有廣泛的有用性能。

Bekheet補充道：“我們也希望我們的工作能激勵其他研究人員探索制造多種應用的含金屬陶瓷納米復合材料。”。他指出，該團隊最初預期使用他們的方法只生產少數幾種納米復合材料，但驚訝地發現，這種方法顯示出制造多種多樣材料的潛力。探索所有這些可能性需要時間，但可能會非常富有成效。

論文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666539520300018

粉體圈 編譯 YUXI