[發明專利]一種金屬納米顆粒的應用

有效

• 申請號: 201310004140.1
• 申請日: 2011-05-27
• 公開（公告）號: CN103071530A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 李嫕;于天君;陳金平;曾毅;李迎迎
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;C01B3/04
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張文祎

技術領域

本發明屬于材料科學，能源科學和催化科學領域，具體地涉及一種金屬納米顆粒的應用。

背景技術

太陽能作為一種清潔的可再生能源，是植物進行光合作用的能量源泉，同時也是地球上包括風能、水能、潮汐能等能源在內的總來源。長期以來，為應對正在面臨的能源危機，人們一直努力尋找有效的途徑利用太陽能。光化學轉換是太陽能利用的重要形式之一，氫能被公認是可徹底解決能源問題的最有效手段之一，如果能利用清潔無污染的太陽能光催化分解水制氫，將太陽能轉化為氫能，將從根本上解決人類面臨的能源和環境問題。當前研究最多的均相太陽能分解水產氫體系是由光敏劑、電子載體和質子還原催化劑組成的三元體系(Komatsu,T.eta.lJ.Am.Chem.Soc.,2006,128,16297；Probst,B.etal.Inorg.Chem.,2008,48,1836)。該體系中反應通常是在犧牲體存在下進行，光致電子轉移形成的敏化劑氧化態必須通過犧牲體還原再生。在催化產氫過程中，質子還原催化劑的催化效率往往成為氫氣產生速率的關鍵性因素。因此，尋找更高效、更穩定的質子還原催化劑對于提高能源轉換效率有著重要的意義。

研究發現，金、鉑、鈀等貴金屬具有良好的催化產氫性質。通常采用聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等高分子作為分散劑來制備不同尺寸的金屬納米顆粒。但由于高分子的高分散性，導致其制備的金屬納米顆粒大小不均一。而金屬顆粒的大小會明顯影響催化劑的催化產氫效率(Varpness,Z.etal.Nano?Lett.,2005,5,2306)。因此，尋找一種制備大小可控、顆粒均一金屬納米催化劑的方法，對于提高貴金屬的利用率，降低產氫成本有重要意義。

近年來，Crooks、Tomalia和Esumi等研究組分別用聚酰胺-胺樹枝狀聚合物作為模板和分散劑，制備了大小均一、結構較為穩定的不同金屬顆粒均相水溶液(Zhao,M.Q.eta.lJ.Am.Chem.Soc.,1998,120,4877；Lajos,B.etal.Inorg.Chem.,1998,120,7355；Kunio,E.etal.Langmuir.,1998,14,3157)，其制備過程中需要加入過量的硼氫化鈉作為還原劑，但硼氫化鈉的加入速度能嚴重影響金屬納米顆粒的大小和穩定性，反應條件要求嚴格，重復性差；另外，加入的過量硼氫化鈉不易從體系中除去，限制了其進一步應用。

聚酰胺-胺樹枝狀聚合物分散的金屬納米顆粒在一些有機化學反應方面表現出很高的催化活性(Scott,R.W.J.;Wilson,O.M.;Crooks,R.M.J.Phys.Chem.B.,2005,109,692-704;Niu,Y.H.;Yeung,L.K.;Crooks,R.M.J.Am.Chem.Soc.2001,123,6840-6846;Scott,R.W.J.;Wilson,O.M.;Oh,S.K.;Kenik,E.A.;Crooks,R.M.J.Am.Chem.Soc.2004,126,15583-15591.)，但將其用于光分解水制氫體系中還沒有相關的研究和報道。

發明內容

本發明要解決的第一個技術問題是提供一種金屬納米顆粒的制備方法；該方法以聚酰胺-胺類樹枝狀聚合物作為模板和分散劑，以甲醇作為還原劑，制得大小均一、穩定性高、具有優良催化活性的金屬納米顆粒；該方法操作簡單，有很好的重復性，制得的納米顆粒不需經過后處理便可直接應用于可見光分解水制氫體系。

本發明要解決的第二個技術問題是提供一種金屬納米顆粒的應用；它可以用于可見光分解水制氫體系。

為解決上述第一個技術問題，本發明提供一種金屬納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

1）將聚酰胺-胺類樹枝狀聚合物加入水中，攪拌使充分分散；

2）向步驟1）得到的含聚酰胺-胺類樹枝狀聚合物的水溶液中加入金屬離子，繼續攪拌使兩者充分結合；

3）繼續攪拌，向步驟2）得到的吸附有金屬離子的聚酰胺-胺類樹枝狀聚合物水溶液中加入甲醇，無氧條件下加熱回流4小時，降至室溫，除去反應液中的甲醇，得到聚酰胺-胺類聚合物分散的金屬納米顆粒。

所述步驟1）中，所述聚酰胺-胺類樹枝狀聚合物的內部為多酰胺結構，外圍官能團為羧基、羥基、氨基、巰基、磺酸基、磺胺基、膦?；?、膦酰氨基、磷酸鹽、二羥硼基、硅烷醇、甲酰基、?；蝓０坊?/p>

所述聚酰胺-胺類樹枝狀聚合物分子包括2代～10代。

所述聚酰胺-胺類樹枝狀聚合物分子大小為1nm～20nm。