[發明專利]一種基于刻蝕輔助生長的三維金屬鈀納米片快速制備方法

有效

• 申請號: 201710796995.0
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107511488B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 金明尚;劉亞明;李祥
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B22F1/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

本發明公開一種基于刻蝕輔助生長的三維堆積金屬鈀納米片快速制備方法，包括如下步驟：(1)將鈀前驅體溶解于溶劑中；(2)向步驟(1)中加入氧化刻蝕劑，混合均勻；(3)向步驟(2)中通入還原性氣體或試劑，直到有沉淀析出為止，離心、洗滌得到產物三維堆積金屬鈀納米片。本發明基于刻蝕輔助生長，通過刻蝕劑的刻蝕效應和還原劑還原再生長過程，可以快速合成三維堆積金屬鈀納米片，合成時間為3～60分鐘，合成的三維堆積金屬鈀納米片濃度為0.1～100mg/mL，其中鈀納米片基元的厚度為1～5nm。本發明所制備三維金屬鈀納米片材料在電催化甲酸氧化反應中表現出優異的活性。

技術領域

本發明屬于納米科學領域，特別涉及一種三維金屬鈀納米片的快速制備方法。

背景技術

鈀具有非常優秀的儲氫性能，常溫下，1體積海綿鈀可吸收900體積氫氣，1體積膠體鈀可吸收1200體積氫氣。加熱到40～50℃，吸收的氫氣即大部分釋出，廣泛地用作氣體反應，特別是作為氫化或脫氫的催化劑。在傳感、電催化甲酸氧化、一氧化碳氧化、C-C耦合反應中表現出優越的催化活性。此外，鈀也是航天、航空等高科技領域以及汽車制造業不可缺少的關鍵材料。但是鈀在地球上的儲量稀少，采掘冶煉較為困難，所以必須充分高效地利用鈀。如何提高貴金屬鈀催化劑的活性、選擇性以及穩定性對于我國稀有資源的高效利用和國民經濟的發展具有重要的意義。鈀納米材料與塊體材料相比能夠提高原子利用率，因此鈀納米催化劑廣泛用于石油化工、汽車尾氣處理、燃料電池等領域。在鈀納米材料中，超薄鈀納米片有更大的比表面積，使得更多的Pd原子暴露在表面，能夠充分利用鈀原子。合成超薄的鈀納米片已經成為研究熱點。

2010年鄭南峰等人首次合成出了厚度僅為1.8納米，長度為21-160納米的六角鈀納米片。該方法以乙酰丙酮鈀為原料，以聚乙烯吡咯烷酮，十六烷基溴化銨為表面活性劑，N,N-二甲基甲酰胺為溶劑，一氧化碳為形貌導向劑，在壓力瓶中100℃下反應3小時。該方法的優點是能夠合成出尺寸可控的超薄二維鈀納米片，缺點是使用了表面活性劑，有機溶劑并且較長時間的加熱處理。后來在此基礎上實現了無表面活性劑，室溫合成30分鐘合成出上述納米片。但是合成出來的納米片還是二維的，在實際應用的時候就會因為納米片的堆積而降低活性。最近，楊宏等人先將乙酰丙酮鈀、三正辛基磷、羧酸混合，然后再在一氧化碳氣氛下室溫反應24小時成功合成出三維的鈀納米片。該方法解決了納米片堆積的問題，但是合成方法耗時長，使用羧酸為溶劑增加了生產成本。因此需要研發一種能夠在水溶液中快速制備無表面活性的超薄三維鈀納米片。

氧化刻蝕生長法作為一種新的合成納米材料的方法能夠合成出特殊結構的納米材料。2005年夏幼南老師在乙二醇中以Cl^-/O₂為刻蝕劑，聚乙烯吡咯烷酮為表面活性劑反應24小時能夠成功地將鈀立方體轉變成空心的鈀立方盒子。并且發現加入少量的水會顯著增大刻蝕能力。在鄭南峰等人在二維鈀納米片的基礎上，通過加入氯化鐵反應2小時制備出花冠結構的二維鈀納米片。發明人也利用I^-/O₂為刻蝕劑反應1小時能將鈀八面體制備成空心的鈀八面體框架。

現有技術存在的缺點：反應時間長(通常>1小時)，反應過程復雜，產量低；另外制備出的產物表面有表面活性劑的包覆，而表面活性劑的存在極大地影響了金屬鈀催化劑的催化性能；此外，此前報道的三維金屬鈀納米片的合成通常都在有機溶劑中進行且需要額外加熱。這些缺點的存在嚴重阻礙了三維金屬鈀納米片的工業化生產及應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于刻蝕輔助生長的三維金屬鈀納米片快速制備方法，以解決上述技術問題。本發明方法快速、低成本，其所制備三維金屬鈀納米片表面干凈。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于刻蝕輔助生長的三維堆積金屬鈀納米片快速制備方法，包括如下步驟：

(1)將鈀前驅體溶解于溶劑中；

(2)向步驟(1)中加入氧化刻蝕劑，混合均勻；