[發(fā)明專利]一種鉑-非貴金屬合金納米線及其水相合成方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810764902.0
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN109014237B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高傳博;劉釗鈞
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B82Y40/00;B22F1/00;B82Y30/00;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開了一種鉑?非貴金屬合金納米線及其水相合成方法和應(yīng)用，屬于納米材料科學(xué)領(lǐng)域，本發(fā)明的水相合成方法通過配體的引用實現(xiàn)了鉑鹽與非貴金屬鹽在水溶液中的共還原，成功合成可控的超細鉑?非貴金屬合金納米線，以解決上述技術(shù)問題。本發(fā)明的制備方法簡單，產(chǎn)率高，步驟少，可控性好，產(chǎn)物中納米線的直徑細且結(jié)構(gòu)均一，其所制備超細鉑?非貴金屬合金納米線表面易于清洗，該材料在電解水制氫中有優(yōu)越的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種鉑-非貴金屬合金納米線及其水相合成方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鉑具有優(yōu)異的催化性質(zhì)，該性質(zhì)源于其獨特的表面電子結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能，它被廣泛用于多個催化領(lǐng)域，例如加氫催化、脫氫催化、氧化催化、裂解催化等。但是鉑元素在地殼中的儲量稀少，采掘冶煉較為困難，所以必須充分高效地利用鉑。如何高效利用貴金屬鉑，提高貴金屬鉑催化劑的催化活性和穩(wěn)定性以及降低貴金屬鉑催化劑的成本對于我國稀有金屬的有效利用和國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的意義。與傳統(tǒng)鉑塊體材料相比，鉑納米材料具有更大的比表面，能夠更有效的提高原子利用率，因此鉑納米催化劑已被廣泛運用到汽車尾氣處理、有機催化、燃料電池等領(lǐng)域。在鉑納米材料中，超細鉑納米線不僅具有更大的比表面積，而且能夠通過獨特的一維結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，鉑與其他非貴金屬形成納米合金可以有效降低催化劑中鉑的用量，同時非貴金屬的加入能有效地調(diào)控鉑的表面電子結(jié)構(gòu)提高催化劑的催化性能。合成超細的鉑-非貴金屬合金納米線對于鉑在催化領(lǐng)域的應(yīng)用是至關(guān)重要的。

2007年孫守恒等人合成出了直徑僅為2納米，長度為200納米的鉑鐵納米線。該方法以乙酰丙酮鉑和羰基鐵為原料，以油胺作為表面活性劑、還原劑和溶劑，在160℃下反應(yīng)30分鐘。該方法的優(yōu)點是能夠合成尺寸可控的超細鉑鐵納米線，缺點是油胺作為溶劑，制備成本高，對環(huán)境不友好而且所制備的產(chǎn)物難于清洗。后來在此基礎(chǔ)上黃小青等人將溶劑換成油酸，以乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鈷為原料，以葡萄糖為還原劑，以羰基鎢為形貌導(dǎo)向劑，在160℃下反應(yīng)2小時成功制備直徑小于1納米鉑鎳鈷納米線。該方法能夠有效地調(diào)控納米線的成分，同時完成了近乎百分百的原子利用率。但是由于油酸與油胺類似，該方法的制備成本高，所制備產(chǎn)物難以清洗。因此需要研發(fā)一種能夠在水溶液中制備成本低、易清洗的超細鉑-非貴金屬合金納米線。

由于鉑金屬鹽和非貴金屬鹽存在較大的氧化還原電位差，因此在水溶液中合成超細鉑-非貴金屬合金納米線最主要難題是實現(xiàn)鉑金屬鹽與非貴金屬鹽在水溶液中的共還原。硼氫化鈉還原法作為常用的合成納米材料的方法能夠在水溶液中合成鉑-非貴金屬納米材料。Wong等人以氯鉑酸、硝酸鐵為原料，以硼氫化鈉為還原劑，以十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑，以水為溶劑，在室溫條件下反應(yīng)20分鐘成功制備了直徑為2.2納米的鉑鐵納米線。但該方法由于使用了強還原劑硼氫化鈉，反應(yīng)速率較快，無法實現(xiàn)有效形貌尺寸調(diào)控。

總結(jié)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點：以油胺或油酸作為溶劑，反應(yīng)過程復(fù)雜，成本高，環(huán)境不友好，制備出的產(chǎn)物與油胺或油酸有強的相互作用難于清洗，油胺、油酸的存在鈍化了鉑催化劑表面影響了催化劑的催化性能；另外水溶液中硼氫化鈉的使用導(dǎo)致整個反應(yīng)體系處于較快的反應(yīng)速度中，無法對產(chǎn)物進行有效的形貌尺寸調(diào)控。這些缺點的存在嚴重阻礙了超細鉑-非貴金屬合金納米線的工業(yè)化及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鉑-非貴金屬合金納米線及其水相合成方法和應(yīng)用，該方法操作簡單，產(chǎn)率高，可控性好，重復(fù)性高，適合大規(guī)模生產(chǎn)；將該方法制得的鉑-非貴金屬合金納米線的直徑非常細且結(jié)構(gòu)均一；該鉑-非貴金屬合金納米線在電解水制氫中有優(yōu)越的性能。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明公開的一種鉑-非貴金屬合金納米線的水相合成方法，包括以下步驟：

(1)制備鉑-非貴金屬的前驅(qū)體溶液