[發(fā)明專利]一種納米材料的光驅(qū)動(dòng)調(diào)控制備方法及其電催化活性

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210322360.4
• 申請(qǐng)日: 2012-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN102847534A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋玉江;司維峰;李佳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): B01J23/60
• 分類號(hào): B01J23/60;B01J23/62;B01J37/34;B22F9/24;H01M4/90
• 代理公司: 沈陽(yáng)晨創(chuàng)科技專利代理有限責(zé)任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于質(zhì)子交換膜燃料電池催化劑領(lǐng)域，涉及一種納米材料的光驅(qū)動(dòng)調(diào)控制備方法及其電催化活性。

背景技術(shù)

金屬與合金納米材料的諸多功能特性不但與形貌和組成息息相關(guān)，而且與尺寸及尺寸分布關(guān)系密切。有效控制金屬與合金納米顆粒的粒徑和尺寸分布對(duì)材料的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要，是材料科學(xué)研究的一個(gè)重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展了相關(guān)的研究，并取得了一定的進(jìn)展。

例如：李亞棟等制備了粒徑單分散的CuAu和Cu₃Au雙組員納米晶（Chen,W.;Yu,R.;Li,L.,et?al.Angew.Chem.2010,122,2979.）。施劍林等報(bào)道了粒徑單分散的以Fe₃O₄為核Au為殼的納米復(fù)合材料，并研究了其在生物影像和光熱治療方面的應(yīng)用（Dong,W.;Li,Y.;Niu,D.,et?al.Adv.Mater.2011,23,5332.）。Sun等獲得了粒徑單分散的8nm左右的Pt納米立方體結(jié)構(gòu)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)其具有明顯改善的電催化還原氧氣的活性（Wang,C.;Daimon,H.;Lee,Y.,et?al.J.Am.Chem.Soc.2007,129,6974.）。Sun等還研究了粒徑單分散的Ni納米顆粒，并考察了其對(duì)硼烷氨脫氫水解反應(yīng)的催化活性（Metin,O.;Mazumder,V.;S.,et?al.J.Am.Chem.Soc.2010,132,1468.）。Fang等合成了粒徑單分散的Pt₃Fe納米立方體結(jié)構(gòu)，并對(duì)其電化學(xué)活性進(jìn)行了詳細(xì)的考察（Zhang,J.;Yang,H.;Yang,K.,et?al.Adv.Funct.Mater.2010,20,3727.）；此外，還得到了粒徑單分散的8nm的Pt-Cu納米立方體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其具有高的甲醇氧化活性（Xu,D.;Liu,Z.;Yang,H.,et?al.Angew.Chem.Int.Edit.2009,48,4217.）。Lee等合成了一系列具有二十面體結(jié)構(gòu)的Ag、Au、Pd粒徑單分散的納米顆粒（Zhang,Q.;Xie,J.;Yang,J.,et?al.ACS?nano?2008,3,139.）。Song等（Song,Y.;Yang,Y.;Medforth,C.J.,et?al.J.Am.Chem.Soc.2004,126,635.）利用軟模板劑控制合成了二維及三維樹枝狀的納米鉑。

上述的合成方法大多需要采用較高的溫度、較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間和有機(jī)溶劑，并且缺少普適性。一種普遍適用的控制金屬與合金納米顆粒粒徑大小和單分散性的方法是傳統(tǒng)的兩步加晶種法。首先合成晶種，然后將晶種引入到合成體系中，分離成核和生長(zhǎng)過(guò)程，抑制持續(xù)、緩慢的成核過(guò)程，保證每個(gè)成核中心均具有大致相近的生長(zhǎng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)粒徑的均一性調(diào)控。同時(shí)，調(diào)變晶種與金屬前驅(qū)體的比例實(shí)現(xiàn)粒徑大小的控制。

與傳統(tǒng)的加晶種法不同，本發(fā)明提供一種光驅(qū)動(dòng)、原位成核法。光照金屬大環(huán)化合物（如鋅卟啉，ZnP）（見圖1），使其變成激發(fā)態(tài)（ZnP^*），它是一種強(qiáng)還原劑（ZnTPPS₄^.+/ZnTPPS₄^*,-0.87V），可以迅速將金屬離子還原為金屬原子，其氧化產(chǎn)物（ZnP^.+）可以被電子給體還原生成基態(tài)（ZnP），繼而又可以在光照下進(jìn)行下一個(gè)光循環(huán)過(guò)程（見圖2）。光驅(qū)動(dòng)成核方法具有原位成核、可光控、操作簡(jiǎn)單、常溫常壓合成、反應(yīng)迅速、單位體積內(nèi)成核中心數(shù)目較大和成核位置在一定范圍內(nèi)可控的特點(diǎn)，可以得到粒徑分布窄的金屬及合金納米材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供一種納米材料的光驅(qū)動(dòng)調(diào)控制備方法及其電化學(xué)活性，該方法是利用光驅(qū)動(dòng)原位、快速成核調(diào)控金屬與合金納米材料的平均粒徑大小及粒徑分布均一性的方法，該方法操作簡(jiǎn)單、可光控、條件溫和、環(huán)境友好。

本發(fā)明提供了一種納米材料的光驅(qū)動(dòng)調(diào)控制備方法，該方法的具體步驟為：1）將金屬大環(huán)化合物溶解到含有表面活性劑的水溶液中；2）在上述步驟1）所得的溶液中依次加入水溶性金屬化合物的水溶液和水溶性還原劑的水溶液，光照下反應(yīng)，離心分離得固體產(chǎn)物；3）將上述步驟2）所得的固體產(chǎn)物用去離子水洗滌、干燥后得到金屬或合金納米材料；其特征在于：通過(guò)改變光源、光照強(qiáng)度、光照時(shí)間、金屬大環(huán)化合物的濃度、水溶性金屬化合物的濃度中的一種或兩種以上用于調(diào)控金屬與合金納米材料平均粒徑大小及粒徑分布的均一性。

本發(fā)明提供的納米材料的光驅(qū)動(dòng)調(diào)控制備方法，所述光源為激光、可見光、紫外光中的一種或兩種以上。