一种通过碰撞电化学合成金属包覆的纳米颗粒的方法和装置与流程

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1.本发明涉及纳米合成技术领域，具体而言，涉及纳米颗粒制备技术领域。

背景技术：

2.具有可控尺寸、形状和组成的高质量金属纳米颗粒(nps)是其应用在各个领域的前提。目前，已开发出多种金属纳米颗粒的合成方法，例如球磨法、物理气相沉积法和化学合成法。其中，化学合成法是合成金属纳米粒子最广泛使用的方法。然而，为了合成高质量的金属nps，化学合成通常需要精确调整反应动力学(通过反应温度和时间、试剂的添加速率、选择适当的还原剂和前驱体等)来调节成核和粒子生长过程。在许多情况下，最佳合成条件只能通过反复试错到。此外，使用的化学还原剂和稳定剂往往会带来表面污染问题，这可能会阻碍金属纳米材料的后续应用。
3.电化学合成是一种绿且易于操作的合成路线。这是因为它采用电子作为还原剂，从而避免了使用化学还原剂。此外，只需将电极的电位改变很小的程度(例如，《1v)，就可以很容易地在几个数量级的范围内调节反应动力学。由于这些优点，电化学合成也已被用于金属纳米材料的合成领域，其前驱体的来源大致可以分为三类：电极材料、预制的纳米材料和金属盐溶液。在第一类中(来源于电极材料)目前可以通过阳极溶解的方式来制备由配体稳定的铅和铋基钙钛矿纳米晶体；通过阴极腐蚀的方式来制备表面清洁的合金pt
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rhy纳米粒子。在第二类中(来源于预制的纳米材料)目前可以通过方波电位法和循环伏安法分别处理铂纳米球和银膜从而得到四面体结构的铂纳米立方体和银纳米花。在更常见的第三类中(来源于金属盐溶液)，目前可以通过电沉积的方式，在有或无多孔模板的帮助下，在电极表面上沉积制备出nps、纳米线、和纳米管。我们注意到，现有的电化学合成金属纳米颗粒的方法要么只能在电极表面上得到产物，要么得到的产物在溶液中严重聚集，要么需要借助表面活性剂(其残留物可能污染产品并最终对其性能产生不利影响)来稳定金属纳米颗粒。电化学合成纳米材料的主要挑战是，需要平衡电解质溶液的高电导率和暴露于其中的纳米材料的胶体稳定性。虽然这一挑战可以通过降低电解质浓度在很大程度上得到缓解，然而可以在电解质中稳定存在的颗粒数很少(如浓度《1.1pm)，容易存在合成效率和产率低的问题。因此，纳米材料的电化学合成方法，其产率和在调控产物形貌的能力方面与较为成熟的化学合成法相比，仍具有较大的差距。

技术实现要素：

4.本发明的第一目的在于提供一种碰撞电化学合成单分散金属m包覆的纳米颗粒的方法，旨在基于电化学方法高效、高产率地制备单分散金属m包覆的纳米颗粒。
5.本发明第二目的在于，提供实施所述方法的制备装置。
6.本发明第三目的在于，提供所述的方法制备的纳米金属颗粒及其应用。
7.现有金属纳米颗粒的制备方法主要为机械球磨法、气相沉积、化学法和电化学合成法等。目前，现有电化学制备法难以有效地规避纳米颗粒在支持电解质中易于团聚的问
题。化学法不可避免地需要使用还原剂、表面配体等化学成分，所制备的纳米颗粒表面容易存在化学残留物，影响其质量和使用。针对金属纳米颗粒制备的现状和面临的问题，本发明提供以下全新的解决方案：
8.一种通过碰撞电化学合成单分散金属m包覆纳米颗粒的方法，将无外加电解质的含有导电的纳米种子和金属m前驱体的生长溶液和工作电极进行碰撞电化学处理，使纳米种子从工作电极表面获得电子并还原金属m离子，从而在纳米种子种子表面形成金属m壳层，制得所述的金属m包覆的纳米颗粒。
9.本发明中，将无外加电解质(也即是无支持电解质)的生长溶液进行碰撞电化学处理，如此可以基于全新的改良型碰撞电化学思路，从而可以绿、高收率地获得单分散的金属m包覆的纳米颗粒。
10.本发明所述的方法，碰撞电化学处理阶段的电子通过外接的电化学回路的工作电极提供；且所述的工作电极一侧和电化学回路的电解质溶液接触，另一侧和所述的生长溶液接触，电解质溶液和生长溶液通过所述的工作电极分隔。
11.本发明的方法，在将纳米种子与电解质溶液分隔开的条件下，对浸于前驱体溶液中的纳米种子进行碰撞电化学处理，将前驱体还原为原子并包覆在纳米种子表面。本发明方法可以避免生长体系中的纳米颗粒的团聚，可以在无需辅助化学试剂下绿、高收率地获得金属m包覆的纳米颗粒。
12.本发明中，所述电解质溶液没有特殊的要求，例如可以为酸性电解质、碱性电解质、中性电解质中的至少一种的溶液。所述的酸性电解质例如为hclo4、h2so4中的至少一种；所述的中性电解质例如为naclo4、kclo4、na2so4、k2so4、nano3、kno3中的至少一种；所述的碱性电解质例如为naoh、koh中的至少一种；电解质溶液中的溶剂可以包括水、乙醇、丙醇中的至少一种。电解质溶液中的电解质的浓度例如为0.01～10mol/l，优选为0.05～1mol/l；进一步优选为0.4～0.6mol/l。
13.本发明中，所述的工作电极可以是行业内常规的导电材料，例如可以为双面导电的ito玻璃。
14.本发明中，所述的纳米种子为具有导电性能的纳米颗粒。优选地，所述的纳米种子为导电金属纳米颗粒、导电碳纳米颗粒、表面敏化带有金属化活性位点的非金属种子中的至少一种；
15.优选地，导电金属纳米颗粒为金、银、钯、铂等中的至少一种；
16.优选地，导电碳纳米颗粒为石墨、炭黑等中的至少一种；
17.优选地，所述的非金属种子为sio2、金刚石、聚苯乙烯等中的至少一种；
18.优选地，所述的纳米种子的d50(中值粒径)尺寸可根据制备需要调整，例如为1-1000nm，优选为10～100nm，进一步优选为15～45nm。
19.本发明生长溶液中，纳米种子的浓度可根据制备需要调整，优选为1～100mg/l，进一步优选为10～60mg/l。
20.所述的金属m前驱体为能够得电子还原成相应金属m的化合物；
21.优选地，所述的金属m前驱体为haucl4、hpdcl4、hptcl6中的至少一种；
22.优选地，生长溶液中，金属m前驱体的浓度小于或等于临界聚沉浓度；优选为0.01～30mmol/l，进一步优选为0.05～10mmol/l；进一步优选为0.1～10mmol/l，更进一步优选
为0.3～0.8mmol/l。本发明中，不同于常规的电化学制备工艺，其无需通过无限稀释溶液达到降低团聚的目的，可以实现较高浓度下的单分散纳米颗粒的绿制备，能够改善制备效率和制备效果。
23.本发明中，所述的生长溶液为由纳米种子、金属m前驱体、溶剂组成的溶液；
24.优选地，所述生长溶液中的溶剂为水或者水-有机溶剂的混合溶液。
25.本发明中，在所述的无外加电解质的生长体系下，进一步配合电位范围的联合控制，有助于进一步改善改善制备的金属m包覆的纳米颗粒的性能。
26.作为优选，所述碰撞电化学处理为恒电位处理；
27.优选地，所述碰撞电化学处理的电位范围(相对于饱和甘汞电极)为0～1v；优选为0.1～0.9v，进一步优选为0.4～0.9v。本发明中，在所述的电压下，能够进一步协同改善本发明工艺制备效果。
28.优选地，所述碰撞电化学处理也可以采用恒电流处理，电流的电位范围为0.01～8ma/cm2；本发明中，在所述的电流密度下，能够进一步协同改善本发明工艺制备效果。
29.所述碰撞电化学处理的时间可根据纳米颗粒制备需要调整，例如为0.1～100000s，优选为1000～8000s；进一步优选为4000～6500s。
30.本发明还提供了一种实施所述的方法的通过碰撞电化学合成单分散金属m包覆的纳米颗粒的装置，包括不对称设计的电解槽和工作电极隔板；
31.所述的工作电极隔板将所述的电解槽腔室分割成相互独立的用于盛放生长溶液的生长室和用于盛放电解质溶液的电势控制室；
32.所述的电势控制室中设置有工作电极、对电极；所述的工作电极和对电极分别和电化学工作站的工作电极和对电极的接线连接构成电路回路；
33.优选地，电势控制室中还设置有参比电极，其和电化学工作站的参比电极接线连接。
34.本发明所述的装置，可以实现电解质溶液体系和生长溶液体系分隔，并能够利用电势控制室的电路回路使工作电极隔板在生长室一侧的表面带上电子。基于所述的纳米种子和工作电极碰撞使纳米种子带电，进而诱导前驱体的金属离子在纳米种子表面均匀还原反应，形成金属层，进而制备得到金属m包覆的纳米颗粒。本发明所述的装置，能够基于电化学方法高收率地获得单分散的纳米金属颗粒，避免纳米颗粒的团聚，此外，还能够避免添加表面活性剂，有助于改善制备的纳米颗粒的应用性能。
35.本发明还提供了一种所述方法制备的金属m包覆的纳米颗粒，为包括纳米种子核以及包覆在其表面的金属m壳层的单分散纳米颗粒。
36.本发明还提供了所述方法制备的金属m包覆的纳米颗粒的应用，将其用于制备催化、传感、医疗中的至少一种的材料。
37.传统的电化学合成体系包含一个未分隔的电解池，三个电极(即工作电极，对电极和参比电极)以及支持电解质溶液作为电流通道和反应介质。为了尽可能的减小溶液电阻造成的电压损失，电解质溶液的浓度相对较高，通常高于0.1m。尽管这种相对较高的电解质浓度对可溶性的电活性物质(例如离子和小分子)的稳定性没有影响，但这种情况不适用于电荷稳定的纳米颗粒。根据derjaguin-landau-verwey-overbeek(dlvo)理论，电荷稳定的纳米颗粒在电解质溶液中容易失稳聚集。这是因为电解质可以有效地屏蔽粒子之间的静电
斥力，导致它们之间的范德华引力占主导地位。导致胶体颗粒开始聚集的电解质浓度称为临界聚沉浓度。从胶体稳定性的角度来看，纳米颗粒合成反应系统中的电解质溶液的浓度不仅限制了所得颗粒的最大尺寸，而且还限制了它们的产量。因此，传统的电化学合成方法往往是在电极的表面合成纳米颗粒，在溶液中合成需要依赖高浓度的表面活性物质提供稳定性或只能得到浓度极低的纳米颗粒。为了克服传统电化学合成方法中金属m包覆的纳米颗粒在电解质溶液中的容易聚集的问题，本发明提供了一种全新的通过碰撞电化学合成单分散金属m包覆的纳米颗粒的方法及其实施装置，其由两个分隔室构成的电解池。其中一个分隔室为电势控制室，类似传统的电化学池，包含工作电极、对电极(优选包含参比电极)和电解质溶液的电解室，可以通过调节工作电极相对于参比电极的电势调节工作电极上电子能量的高低。另一个分隔室为包含生长溶液的生长室，它和电势控制室由工作电极隔开、并共享工作电极。因此，当生长室中的电活性物质(如导电纳米种子)碰撞到工作电极时，电活性物质可以接受工作电极上的电子并完成电化学反应。由于没有支持电解质，本发明方法允许纳米种子在生长液中以单个、分散的粒子生长，而且生长液中金属前驱体的浓度原则上可以高达所制备的金属包覆的纳米颗粒的临界聚沉浓度。因此，所设计的碰撞电化学合成法允许的生长液浓度和通常的化学合成中的生长液浓度相当，也即合成纳米颗粒的产率和化学合成法相当。
38.有益效果：
39.1.本发明方法允许在无电解质溶液中发生电化学反应，从而使合成的金属m包覆的纳米颗粒可以达到与普通化学合成方法相当的产率。此外，可以很容易地仅在发生碰撞的nps周围产生局域过饱和度(因为只有在碰撞过程中，碰撞的nps才能从电极接受电子并还原它们附近的金属离子)，而不是像普通的化学合成方法在本体溶液中产生的均匀的过饱和度。因此，仅通过改变前驱体的浓度就可以很容易地调整反应动力学和所得产物的形貌。
40.2.本发明方法具有操作简便、绿环保等优点，在大气环境下、室温和温和溶液条件下即可操作。
41.3.本发明方法制备的金属m包覆的纳米颗粒表面清洁、形貌可控，具有很好的应用前景。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
43.图1为碰撞电化学制备金属m包覆的纳米颗粒的装置结构示意图。
44.图2为碰撞电化学制备的金纳米颗粒的tem图；
45.其中，图2中，a为15nmau种子在0.3mmhaucl4溶液中于0.84vvs.sce电位下的碰撞生长合成的aunps的tem图；b为碰撞生长后aunps的tem图。
46.图3为碰撞电化学制备具有薄且连续pd壳层的au@pdnps的tem图和eds mapping图；
47.其中，图3中，a为45nmau种子在0.3mmh2pdcl4溶液中于0.45v电位下的碰撞生长合成的具有薄且连续的pd壳层au@pdnps的tem图图；b为其相应的eds mapping图。
48.图4为碰撞电化学制备具有厚且粗糙的pd壳层的au@pdnps的tem图和eds mapping图；
49.其中，图4中，a为45nmau种子在0.7mmh2pdcl4溶液中于0.45v电位下的碰撞生长合成的具有厚且粗糙的pd壳层的au@pdnps的tem图；b为相应的其eds mapping图。
50.图5为碰撞电化学制备具有薄且连续pt壳层的au@ptnps的tem图和eds mapping图；
51.其中，图5中，a为45nmau种子在0.3mmh2ptcl6溶液中于0.40v电位下的碰撞生长合成的薄且连续的pt壳层的au@ptnps的tem图；b为其相应的edsmapping图。
52.图6为碰撞电化学制备具有厚且粗糙的pt壳层的au@ptnps的tem图和eds mapping图；
53.其中，图6中，a为45nmau种子在0.7mmh2ptcl6溶液中于0.40v电位下的碰撞生长合成的厚且粗糙的pt壳层的au@ptnps的tem图；b为其相应的edsmappin图。
具体实施方式
54.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
55.本发明所提供方法，是通过经典的frens法(即在柠檬酸三钠作为稳定剂和还原剂的环境中还原氯金酸)得到金种子(aunp)，在金种子与电解质溶液分隔开的条件下，通过碰撞电化学方式将前驱体还原沉积在金纳米颗粒表面，从而制备出不同粒径和不同形貌的金属m包覆的纳米颗粒。
56.本发明方法具体步骤可参考如下：
57.(a)由frens法制备au种子分散液，其浓度约为57.91μgnps/ml；
58.其中，用以分散aunps的溶剂为水，稳定剂为合成反应前添加的柠檬酸三钠。
59.(b)将一定量的种子分散液和一定量的电解质溶液分别置于如图一所示的反应装置两侧。
60.(c)将参比电极、对电极置于电解质溶液中，导电隔板作为工作电极。
61.(d)将一定量的前驱体溶液加入到au种子分散液中，在一定电位下电化学处理一定时间。
62.此步骤中，所述电解质溶液可以由电解质在溶剂中溶解/稀释得到；
63.在本发明的一个方案中，所述电解质可以为酸性电解质(例如高氯酸、硫酸等)、碱性电解质(例如氢氧化钠、氢氧化钾)，或者中性电解质(例如硫酸钠、高氯酸钠等)；
64.作为优选，所述电解质为高氯酸钠(naclo4)；
65.作为优选，所述溶剂可以为水、乙醇、丙醇等有机或无机溶剂中的一种或几种。
66.在本发明的一个方案中，所述电解质溶液的浓度0.05～1mol/l；作为优选，所述电解质溶液的浓度为0.4～0.6mol/l。
67.在本发明的一个方案中，所述前驱体溶液的浓度为0.05～1mmol/l；作为优选，所述前驱体溶液的浓度为0.3～0.7mmol/l。
68.在本发明的一个方案中，所述的金纳米颗粒的直径为10～100nm；作为优选，所述的金纳米颗粒的直径为15～45nm。
69.在本发明的一个方案中，所述参比电极为饱和甘汞电极、硫酸亚汞电极、标准氢电极或者其他可作为参比电极的电极；
70.所述对电极为贵金属电极，例如铂电极(铂片)等。
71.在本发明的一个方案中，所述电化学处理为恒电位或恒电流处理。
72.在本发明的一个方案中，电化学处理电位为0～1v，根据所用参比电极和对电极的不同，可以对于处理电位进行调整；
73.同时，电化学处理时间为0.1～100000s，作为优选，电化学处理时间为3000～6000s。
74.本发明中，实施所述方法的装置见图1，其包括电解槽，工作电极(以下案例，双面导电的ito玻璃为例)将所述的电解槽分割成相互独立的生长室和电势控制室，生长室中盛放有生长溶液；电势控制室中盛放有电解质溶液，所述的生长溶液和电解质溶液相互独立不贯通。
75.所述的电势控制室中还放置有插入电解质溶液中的参比电极和对电极，所述的工作电极、参比电极和对电极和电化学工作站的工作电极、参比电极和对电极接线连接构成电路回路。
76.本发明中，将工作电极和对电极通电，在电势控制室中构成电路回路，同时工作电极在生长室中的表面形成给电子表面。当生长溶液中的纳米种子和工作电接碰撞接触时，电子自工作电极转移至纳米种子上，并将生长溶液中的前驱体在纳米种子的表面还原成金属原子，形成金属层。
77.实施例1
78.按照如下方法，进行aunps的碰撞电化学合成：
79.步骤1：由frens法制备15nmau种子分散液，其浓度约为57.91μgnps/ml。
80.步骤2：将49.3ml15nmau种子分散液和50ml0.5mnaclo4溶液分别置于如图一所示的反应装置两侧。向金种子分散液一侧加入0.7ml的0.024mhaucl4的溶液。
81.步骤3：于0.84v的电位下反应6000s。
82.实施例2
83.按照如下方法，进行具有薄且连续pd壳层的au@pdnps的碰撞电化学合成：
84.步骤1：由frens法制备45nmau种子分散液，其浓度约为57.91μgnps/ml。
85.步骤2：将35ml45nmau种子分散液和50ml0.5mnaclo4溶液分别置于如图一所示的反应装置两侧。向金种子分散液一侧加入15ml的1mmh2pdcl4溶液。
86.步骤3：于0.45v的电位下反应6000s。
87.实施例3
88.按照如下方法，进行具有厚且粗糙的pd壳层的au@pdnps的碰撞电化学合成：
89.步骤1：由frens法制备45nmau种子分散液，其浓度约为57.91μgnps/ml。
90.步骤2：将15ml45nmau种子分散液和50ml0.5mnaclo4溶液分别置于如图一所示的反应装置两侧。向金种子分散液一侧加入35ml的1mmh2pdcl4溶液。
91.步骤3：于0.45v的电位下反应6000s。
92.实施例4
93.按照如下方法，进行具有薄且连续pt壳层的au@ptnps的碰撞电化学合成：
94.步骤1：由frens法制备45nmau种子分散液，其浓度约为57.91μgnps/ml。
95.步骤2：将49.2ml45nmau种子分散液和50ml0.5mnaclo4溶液分别置于如图一所示的反应装置两侧。向金种子分散液一侧加入0.8ml的19.3mmh2ptcl6溶液。
96.步骤3：于0.40v的电位下反应6000s。
97.实施例5
98.按照如下方法，进行具有厚且粗糙的pt壳层的au@ptnps的碰撞电化学合成：
99.步骤1：由frens法制备45nmau种子分散液，其浓度约为57.91μgnps/ml。
100.步骤2：将48.1ml45nmau种子分散液和50ml0.5mnaclo4溶液分别置于如图一所示的反应装置两侧。向金种子分散液一侧加入1.9ml的19.3mmh2ptcl6的溶液。
101.步骤3：于0.4v的电位下反应6000s。
102.实验例1
103.以实施例2中通过碰撞电化学合成的具有薄且连续pd壳层的au@pdnps为实验材料，进行电子扫描显微镜、电子散射能谱表征，结果如图3所示。
104.au@pdnps的tem图像表明，在au种子上覆盖了大约1～2nm厚的薄而连续的外壳(图3a)，其主要由pd元素组成(图3b)。
105.尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

技术特征：

1.一种通过碰撞电化学合成单分散金属m包覆纳米颗粒的方法，其特征在于，将无外加电解质的含有导电的纳米种子和金属m前驱体的生长溶液和工作电极进行碰撞电化学处理，使纳米种子从工作电极表面获得电子并还原金属m离子，从而在纳米种子种子表面形成金属m壳层，制得所述的金属m包覆的纳米颗粒。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，碰撞电化学处理阶段的电子通过外接的电化学回路的工作电极提供；且所述的工作电极一侧和电化学回路的电解质溶液接触，另一侧和所述的生长溶液接触，电解质溶液和生长溶液通过所述的工作电极分隔。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电解质溶液为酸性电解质、碱性电解质、中性电解质中的至少一种的溶液；优选地，酸性电解质为hclo4、h2so4中的至少一种；优选地，中性电解质为naclo4、kclo4、na2so4、k2so4、nano3、kno3中的至少一种；优选地，碱性电解质为naoh、koh中的至少一种；优选地，电解质溶液中的溶剂包括水、乙醇、丙醇中的至少一种；优选地，电解质溶液中的电解质的浓度为0.1～10mol/l。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的导电的纳米种子为导电金属纳米颗粒、导电碳纳米颗粒、表面敏化带有金属化活性位点的非金属种子中的至少一种；优选地，导电金属纳米颗粒为金、银、钯、铂中的至少一种；优选地，导电碳纳米颗粒为石墨、炭黑中的至少一种；优选地，所述的非金属种子为sio2、金刚石、聚苯乙烯中的至少一种；优选地，所述的纳米种子的尺寸1nm-10μm。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属m前驱体为能够被电子还原成相应金属m的化合物；优选地，所述的金属m前驱体为haucl4、h2pdcl4、h2ptcl6中的至少一种；优选地，生长溶液中，金属m前驱体的浓度小于或等于所制备颗粒的临界聚沉浓度；优选为0.01～30mmol/l，进一步优选为0.1～10mmol/l，更进一步优选为0.3～0.8mmol/l。6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述的生长溶液为由纳米种子、金属m前驱体、溶剂组成的溶液；优选地，所述生长溶液中的溶剂为水或者水-有机溶剂的混合溶液。7.如权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述碰撞电化学处理为恒电位或恒电流处理。8.一种实施权利要求1～7任一项所述的方法的通过碰撞电化学合成单分散金属m包覆纳米颗粒的装置，其特征在于，包括不对称设计的电解槽和工作电极隔板；所述的工作电极隔板将所述的电解槽腔室分割成相互独立的用于盛放生长溶液的生长室和用于盛放电解质溶液的电势控制室；所述的电势控制室中设置有工作电极、对电极；所述的工作电极、和对电极分别和电化学工作站的工作电极和对电极的接线连接构成电路回路；优选地，电势控制室中还设置有参比电极，其和电化学工作站的参比电极接线连接。9.一种权利要求1～7任一项所述方法制备的金属m包覆的纳米颗粒，其特征在于，为包
括纳米种子核以及包覆在其表面的金属m壳层的单分散纳米颗粒。10.一种权利要求1～7任一项所述方法制备的金属m包覆的纳米颗粒的应用，其特征在于，将其用于制备催化、传感、医疗中的至少一种的材料。

技术总结

本发明属于纳米合成领域，具体公开了一种通过碰撞电化学合成单分散金属M包覆纳米颗粒的方法和装置。将无外加电解质的含有导电的金属纳米种子和金属M前驱体的生长溶液和工作电极进行碰撞电化学处理，使纳米种子从工作电极表面获得电子并还原金属M离子，从而在纳米种子表面形成金属M壳层，制得所述的金属M包覆的纳米颗粒。此外，本发明还包括实施所述方法的装置以及制备的金属M包覆的纳米颗粒及其应用。本发明方法，基于一种全新的碰撞电化学(类电化学)思路来合成金属M包覆的纳米颗粒，其解决了常规电化学合成存在颗粒容易团聚、不易大规模制备等问题。规模制备等问题。规模制备等问题。