金属纳米颗粒合成：解锁先进材料特性的关键路径

金属纳米颗粒（MNPs）指尺寸1-100nm范围内的纳米级金属。其展现出与单原子、表面或块体材料截然不同的特性。主要特征：比表面积与体积比远超块体、高表面能、处于分子态与金属态过渡态提供特定电子结构（局域态密度LDOS）、等离子体激发、量子限域效应、短程有序、大量折痕、丰富低配位位点（棱角）、大量“悬空键”，由此衍生特异理化性质与储存多余电子能力。潜在应用涵盖生物化学、催化、化学生物传感器、纳米电子与纳米结构磁性系统。

合成方法

化学法：金属盐化学还原、醇类还原、多元醇法、微乳液、金属盐热分解、电化学合成。物理法：爆炸线法、等离子体、化学气相沉积、微波辐照、脉冲激光烧蚀、超临界流体、声化学还原、伽马射线照射。稀溶液中金属络合物还原是制备金属胶体分散液通用法，已开发多种方法引发控制还原反应。多数情况下，通过低溶质浓度与聚合物单层吸附生长表面相结合，实现单分散金属纳米颗粒制备。低浓度与聚合物单层均阻碍生长物种从周围溶液向生长表面扩散，扩散过程往往成为初始成核后后续生长的速控步骤，从而形成均一尺寸纳米颗粒。

前驱体与试剂

合成金属纳米颗粒（金属胶体分散液）使用多类前驱体、还原剂、其他化学品与方法促进/控制还原反应、初始成核与后续生长。前驱体包括：单质金属、无机盐、金属络合物（如Ni、Co、HAuCl4、H2PtCl6、RhCl3、PdCl2）。还原剂包括：柠檬酸钠、过氧化氢、盐酸羟胺、柠檬酸、一氧化碳、磷、氢、甲醛、水甲醇、碳酸钠、氢氧化钠。

其他合成方法

电化学沉积法：简单电化学池，仅含金属阳极与金属/玻碳阴极。电解质为四烷基铵卤化物有机溶液，兼作产物纳米颗粒稳定剂。施加电场后，阳极氧化溶解生成金属离子向阴极迁移，铵离子还原金属离子形成成核与生长。该法可制备直径1.4-4.8nm的Pd、Ni、Co纳米颗粒。

金纳米颗粒

胶体金研究历史悠久。1857年法拉第发表胶体金制备与性质综合研究。已开发多种金纳米颗粒合成法，其中100℃柠檬酸钠还原氯金酸法50年前问世，至今仍为最常用方法。

银纳米颗粒

银纳米颗粒制备法多样。含AgClO4、丙酮、2-丙醇、多种聚合物稳定剂的水溶液经紫外照射可合成。紫外激发丙酮产生酮基自由基，从2-丙醇抽取氢原子，酮基自由基进一步发生质子解离反应。酮基自由基与自由基阴离子均与银离子反应还原为银原子。反应速率低、有利于单分散银纳米颗粒生成。聚乙烯亚胺稳定剂存在下，光化学还原法制备的银纳米颗粒平均粒径7nm、分布窄。聚合物稳定剂虽关键，但也可无稳定剂制备：利用市售银纳米颗粒水分散液（20-30nm），静电稳定机制起作用。但粒径对合成温度极敏感，微小温差导致显著直径变化。

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