Polyol hay polyalcohol là rượu đa chức có chứa nhiều nhóm hydroxyl chẳng hạn như ethylene hay propylene glycol. Được Figlarz và đồng sự giới thiệu lần đầu tiên năm 1983 [36], chỉ sau vài thập kỷ phương pháp khử polyol đã được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau do tính đơn giản và hiệu quả mà nó mang lại.
Phương pháp polyol là quá trình hóa học sử dụng polyol để khử các tiền chất như hydroxit, oxit, muối … tạo ra kim loại nguyên chất. Đây là phương pháp lý tưởng và phổ biến để chế tạo màng và hạt kim loại quý có cấu trúc micro, dưới micro và cấu trúc nano. Trong phương pháp này, tiền chất kim loại chẳng hạn như hydroxit, oxit hay muối được hòa tan trong một chất lỏng polyol (thường là ethylene glycol) rồi đun nóng. Khi nhiệt độ tăng, thế khử của glycol tăng làm cho phản ứng khử tiền chất kim loại xảy ra tạo thành các nhân kim loại nguyên tử và phát triển lên thành hạt kim loại. Ở đây, các polyol đóng vai trò vừa là dung môi, tác nhân khử vừa là chất hoạt động bề mặt [36].
19
Trong số các polyol thì ethylene glycol (EG) là chất thích hợp nhất để khử tiền chất kim loại vì có tính ổn định và nhiệt độ bay hơi cao (khoảng 197°C). Có nhiều tài liệu cho rằng [37, 42, 67] quá trình EG khử các ion kim loại diễn ra theo các phương trình phản ứng sau đây:
HOCH2CH2OH → CH3CHO + H2O (1.15) 2M+ + 2CH3CHO → CH3COCOCH3 + 2M + 2H+ (1.16) Tuy nhiên, cơ chế này không thể giải thích được các quan sát sau đây: (i) không có diacetyl (CH3COCOCH3) được tìm thấy ở 150°C nhưng phản ứng khử nhiều tiền chất kim loại vẫn xảy ra và (ii) tốc độ khử phụ thuộc rất mạnh vào môi trường phản ứng. Thay vào đó, Skrabalk và đồng sự cho rằng phải có một cơ chế khác nào đó để giải thích cho những quan sát này [60]. Trong nghiên cứu của mình, Skrabalk chỉ ra rằng EG được đun nóng trong không khí có thể tạo ra glycolaldegyde (GA) đóng vai trò là chất khử:
2HOCH2CH2OH + O2→ 2HOCH2CHO + 2H2O (1.17) Glycolaldehyde là chất khử mạnh, có khả năng khử được đa số các ion kim loại quý. Tuy vậy, phương trình phản ứng của glycolaldehyde khử ion kim loại và các sản phẩm sau phản ứng lại không được đề cập đến. Skrabalk cũng chỉ ra rằng 140-160°C là khoảng nhiệt độ tối ưu để EG bị oxi hóa thành GA và vì vậy đây là khoảng nhiệt độ tốt nhất để phản ứng khử kim loại xảy ra. Dưới 120°C, hoàn toàn không có dấu hiệu của GA được tạo thành.
Mặc dù được sử dụng nhiều để chế tạo các hạt nano kim loại, phương pháp polyol vẫn áp dụng rất hạn chế trong việc chế tạo màng đặc biệt là màng Pt. Thời gian gần đây, ngày càng có nhiều công trình sử dụng phương pháp này để lắng đọng màng Pt [41, 65, 66]. Tiền chất và polyol thường được sử dụng là H2PtCl6 và ethylene glycol. Phản ứng xảy ra được khống chế trên bề mặt đế làm xuất hiện các nhân kim loại phát triển dần thành màng. Thực chất phản ứng xảy ra có 2 quá trình lắng đọng là: quá trình mọc màng trên bề mặt đế và quá trình hình thành hạt nano Pt trong lòng chất lỏng. Do đó, sau phản ứng, tồn tại song song cả cấu trúc màng và
20
cấu trúc hạt. Phương pháp polyol có nhiều ưu điểm đáng so với nhiều phương pháp khác như quy trình chế tạo đơn giản, không cần chân không cao, nguồn năng lượng lớn, không yêu cầu các thiết bị đắt tiền và không cần một lớp hoạt động xúc tác trên bề mặt đế. Do đó tiềm năng áp dụng vào trong thực tế là rất lớn, lý tưởng để ứng dụng sản xuất hàng loạt trong công nghiệp.