[發明專利]碳包覆金屬納米立方體材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610367943.7
• 申請日: 2016-05-30
• 公開（公告）號: CN107442111B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 陳衛;張春媚
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了碳包覆金屬納米立方體材料及其制備方法，包括：S1)將金屬納米立方體與有機硅酸酯在醇溶劑中混合，然后再與堿性溶液混合反應，再加入苯酚類化合物與醛類化合物混合反應后，煅燒，得到碳球；S2)將所述碳球用HF溶液或熱堿液腐蝕，得到碳包覆金屬納米立方體材料。與現有技術相比，本發明通過在溶液中一步法在金屬納米立方體表面包覆二氧化硅與酚醛樹脂，再通過煅燒，得到包覆二氧化硅與碳層的金屬納米立方體，最后利用酸溶液將碳層內部的二氧化硅腐蝕去除，該方法簡單易行，且空心碳球外殼厚度可控，并且得到的碳包覆金屬納米立方體材料具有豐富的介孔結構，可提供快速的電子傳導、抑制金屬納米立方體的團聚，增強了其穩定性。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，尤其涉及碳包覆金屬納米立方體材料及其制備方法。

背景技術

鉑鈀合金與其他合金相比，具有獨特的優勢。首先，鉑鈀合金的抗腐蝕能力較強，穩定性比其它合金要高。其次，鉑和鈀晶格常數非常相似(不匹配度均為0.77％)，均為面心立方結構。鈀在鉑鈀合金形成過程中會影響鉑的電子結構形成鉑鈀鍵，該鉑鈀鍵會增加鉑表面氧氣的吸附量，提高氧還原性能。再次，鉑鈀之間的協同效應會使合金催化效果較單金屬表現出更好的性能。

隨著納米技術的發展，合成特殊形狀的PtPd合金受到研究人員的廣泛研究。PtPd立方體作為特殊形貌PtPd合金(PtPd核殼結構、PtPd四面體、PtPd納米線、PtPd枝晶、PtPd異質結等)中的一員，表現出了優良的電化學性能，但是其易團聚，穩定性差仍然是制約其發展的關鍵點。目前，PtPd立方體已經分散在石墨烯、碳納米管、石墨烯納米帶等碳材料表面，形成新的復合材料以提高材料的性能，增強材料的穩定性。但目前為止仍沒有PtPd立方體分散在空心碳球內部的研究。

空心碳球在燃料電池、鋰離子電池、電容器、吸附劑、催化劑載體等領域的應用具有較大潛力。空心碳球的空腔可以作為納米反應器，而外面碳殼可以提供可控的傳質路徑。對于PtPd立方體包覆空心碳球，空心碳球還可以有效地保護內部PtPd金屬防止其團聚和損失。目前，已經有許多合成空心碳球的方法，如：軟模板法，硬模板法，氣相沉積(CVD)法，微波法，法等。改進的法是利用傳統的合成硅球的法合成多孔碳球和中空多孔碳球的一種方法。正硅酸乙酯(TEOS)水解合成硅球的過程與聚合物水解合成酚醛樹脂的過程類似，因此可以通過該方法合成酚醛樹脂球。該方法可以一步合成硅球包覆酚醛樹脂球，合成具有規則形狀的空心碳球。相對于其他方法操作簡單且步驟可控。已有報道利用改進的法合成了Au@C，Ag@C的核殼結構，但是獲得的碳球尺寸偏大且碳層均較厚(＞10nm)不利于電化學的傳質過程。因此進一步改進法可以有效地控制合成空心介孔薄層碳球。一般改進的法都要將包覆酚醛樹脂的微球在100℃固化一天時間，固化是進一步合成酚醛樹脂殼層。這一步驟會增加碳層的厚度，給傳質帶來阻力。為了得到更薄碳層可以省去固化步驟直接進行燒結，但燒結的溫度會影響薄層碳層的厚度和規整度。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供碳包覆金屬納米立方體材料及其制備方法，該方法制備的碳包覆金屬納米立方體材料的空心碳球外殼厚度可控。

本發明提供了一種碳包覆金屬納米立方體材料，包括空心介孔碳球與包裹在其中的金屬納米立方體。

優選的，所述碳包覆金屬納米立方體材料的粒徑為50～100nm。

優選的，所述空心介孔碳球的碳層厚度為1～10nm。

本發明還提供了一種碳包覆金屬納米立方體材料的制備方法，包括：

S1)將金屬納米立方體與有機硅酸酯在醇溶劑中混合，然后再與堿性溶液混合反應，再加入苯酚類化合物與醛類化合物混合反應后，煅燒，得到碳球；

S2)將所述碳球用HF溶液或熱堿液腐蝕，得到碳包覆金屬納米立方體材料。

優選的，所述金屬納米立方體為鉑-鈀立方體。