[發明專利]一種基于種子外延生長的單晶金@鉑核殼八面體納米粒子可控制備方法

有效

• 申請號: 201710133598.5
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN106953103B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 李村成;張濤;姜春雪;李偉;韓曉楠;徐波
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 李茜

本發明涉及一種具有核殼結構的金@鉑八面體納米粒子及其制備方法。金@鉑核殼八面體納米粒子是由鉑在金八面體納米粒子表面外延等角沉積生長獲得的，其芯部成分為金，殼層成分為鉑。制備步驟包括：（1）以聚二烯丙基二甲基氯化銨作穩定劑，在乙二醇中采用多元醇還原法制備金八面體納米粒子膠體溶液；（2）室溫條件下向（1）中獲得的金八面體納米粒子膠體溶液加入適量乙酰丙酮鉑，攪拌均勻后在180?230攝氏度加熱反應獲得茶色金@鉑核殼八面體納米粒子。本發明獲得的金@鉑八面體核殼納米粒子具有催化和紫外?可見表面等離子體共振吸收多重性能，在低溫燃料電池、光化學催化合成等方面具有重要的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種基于種子外延生長的金@鉑核殼八面體納米粒子可控制備方法。

背景技術

在低溫燃料電池中，貴金屬鉑及其合金是目前加快電化學反應速度的最有效催化劑。另外，鉑是唯一能承受燃料電池中酸性環境的鉑族金屬。然而，鉑是稀有的貴金屬，價格十分昂貴，導致低溫燃料電池成本過高，限制了低溫燃料電池廣泛、大規模的應用。更重要的是，其催化活性極易被一氧化碳(CO)毒化而導致其催化性能急劇降低。因此，減少鉑在催化劑中的用量，降低催化劑成本；提高其催化活性；增強其催化穩定性；延長其使用壽命是低溫燃料電池廣泛應用的關鍵環節。近年來，科研工作者為提高Pt催化活性，減少鉑用量，降低催化劑成本，做了大量的研究工作，發展了許多可控合成鉑及鉑復合納米粒子的新方法、新技術和新路線，包括：1）控制實驗參數，合成特殊形貌的鉑納米粒子；2）利用金屬間的協同作用，鉑與其它價廉金屬構筑雙金屬或多金屬復合納米粒子。對于鉑催化劑而言，除了催化效率外，另一個重要性能則是鉑催化劑的穩定性（鉑催化劑使用時容易發生鉑納米粒子的遷移、聚集、溶解等問題）。強穩定性是延長鉑催化劑使用壽命，也是實現低溫燃料電池廣泛、大規模應用中亟待解決的關鍵問題。引進化學性質不活潑、耐酸性好的貴金屬，比如金，是目前增強鉑催化劑穩定性的主要手段之一。主要策略包括：1）用金團簇修飾鉑催化劑表面，如采用金納米簇修飾鉑/碳催化劑或Pt納米粒子；2）采用種子沉積生長法，在金納米粒子表面沉積鉑納米粒子枝晶構筑金/鉑異質納米粒子。近來研究表明，與金 {100}晶面相比，金{111}晶面更能有效增強鉑納米顆粒催化劑的穩定性。此外，研究人員發現在高氯酸水溶液體系中，鉑{111}晶面對氧氣還原反應的催化活性明顯高于鉑{100}晶面。因此，如果以形貌可控、暴露面為金{111}的金八面體納米粒子作為種子，采用種子外延生長方法在其表面形成具有鉑{111}晶面暴露的納米殼層構筑金@鉑核殼納米粒子不僅能增強鉑催化劑穩定性，而且通過控制鉑殼層暴露晶面結構及利用鉑與金間的協同作用能提高鉑催化劑的活性。顯然，構筑具有核殼結構的金@鉑八面體納米粒子具有重要的科學意義和實用價值。然而，由于金與鉑間晶格不匹配、不互溶、金-鉑原子間的結合能小于鉑-鉑原子間的結合能等原因，鉑在金納米粒子表面外延生長，構筑特定形貌金@鉑核殼納米粒子面臨巨大挑戰。

發明內容

本發明要解決的關鍵技術問題為克服金與鉑間晶格不匹配、不互溶、金-鉑原子間的結合能小于鉑-鉑原子間的結合能及現有金/鉑異質納米粒子制備技術中的不足之處，提供一種基于種子外延生長的金@鉑核殼納米粒子制備方法，制備具有核殼結構、高效穩定的金@鉑八面體納米粒子。

本發明中金@鉑核殼八面體納米粒子的典型合成過程包括以下具體步驟：

（1）金八面體納米粒子膠體溶液制備：首先向乙二醇溶液中添加分子量為400000-500000聚二烯丙基二甲基氯化銨、氯金酸、氫氧化鈉水溶液，獲得反應前驅體溶液，在180-230攝氏度下反應20-60分鐘，制得紅色金八面體納米粒子膠體溶液，其中，聚二烯丙基二甲基氯化銨、氯金酸、氫氧化鈉濃度分別為0.01-0.1摩爾/升、0.0001-0.002摩爾/升、0.0005-0.005摩爾/升；

（2）室溫條件下將一定量的乙酰丙酮鉑加入步驟（1）獲得的金八面體膠體溶液后，攪拌均勻后放在180-230攝氏度的油浴中反應30-180分鐘，獲得茶色金@鉑核殼八面體納米粒子膠體溶液；其中，乙酰丙酮鉑的濃度為0.0005-0.0025摩爾/升；