[发明专利]一种Pt-Mn合金纳米粒子及其胶体分散体系的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米技术领域，更具体的说是涉及一种Pt-Mn合金纳米粒子及其胶体分散体系的制备方法。

背景技术

贵金属-过渡元素合金纳米粒子在低温燃料电池、纳米生物传感器、磁性记忆材料等领域表现出优异的性能和广泛的应用。

由于Pt与过渡元素的氧化-还原电位相差较大，其离子难于同时被还原。目前制备PtM(M为过渡元素)合金纳米粒子的制备方法一般要经过500℃以上的高温煅烧。例如：Venkataraman(J.Electrochem.Soc.，2003，150：A278-284)等金属无机盐为前体，在水溶液中以C2N2还原，产品经600℃氢气氛下煅烧1小时制得Pt-Ag-Ru、Pt-Au-Ru、Pt-Rh-Ru和Pt-Ru-W2C纳米合金；Kim等(Electrochimi.Acta，2000，45：4211-4217)分别以Cr(NO)₃、MnCl₂和CoCl₂的水溶液浸渍到Pt/C上，在700-1000℃高温下氢气还原制备了PtCr/C、PtMn/C和PtCo/C纳米合金催化剂等。高温煅烧容易造成一次粒子团聚、颗粒尺寸和形貌难以控制、颗粒比表面减小和活性降低等问题。而尺寸不均匀的纳米粒子不能表现出纳米系统的优异性能。

东京大学的Lu等(Langmuir 2002，18，3226-3232)使用电沉积法，以TEM用铜网为工作电极，以HAuCl4和过渡金属硫酸盐水溶液为电介质溶液直接在TEM用铜网上制备了Au-Fe、Au-Mn、和Au-Co多颗粒聚集体的纳米合金。虽然电子衍射表明形成了均相合金，但合金粒子尺寸和形貌难以控制。

Sun等(Science，2000，287，1989-1991，J.Am.Chem.Soc.2006.128(22)，7132 7133)以Pt(acac)₂和Fe(CO)₅为前体，以二元醇还原Pt(acac)₂到Pt，Fe(CO)₅高温分解得到Fe的方法制备了尺寸均匀的PtFe纳米粒子。但是Fe(CO)₅是剧毒的金属羰基络合物，因此该方法没有实际应用价值。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种纳米粒子尺寸均匀、制备工艺简单、活性高、能耗低、合成中不涉及剧毒物质的Pt-Mn合金纳米粒子及其胶体分散体系的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种Pt-Mn合金纳米粒子的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)配制体系A：体系A由高沸点有机试剂、合金前体和保护剂组成，其中合金前体的含量为26.7～40.0mmol/L，保护剂的含量为104～120mmol/L；

(2)配制体系B：体系B由体系A中相同的高沸点有机试剂和还原剂组成，还原剂的用量为体系A中合金前体的物质的量的1.2～5倍；

(3)在磁力搅拌和惰性气体保护下，将体系A升温至100～230℃时向体系A中注入体系B；

(4)继续升温至高沸点有机试剂的沸点以下，在沸点附近，并保持恒温15～30分钟后降温至室温；

(5)向反应体系中加入乙醇，所加入的乙醇一般要求过量，乙醇的体积为8倍以上反应体系的体积。充分搅拌，离心沉降，弃去上层清液，将沉淀经反复洗涤后得到Pt_xMn_y合金纳米粒子粉体，纳米粒子粒径不大于10nm；

其中，x与y的比值为1∶1或3∶1或1∶3，所述高沸点有机试剂为二辛醚或二苯醚；所述合金前体为Pt(acac)₂(乙酰丙酮合铂)和Mn(acac)₂(乙酰丙酮合锰)，所述还原剂为1，2-二羟基十六烷。

所述保护剂为油酸或油酸与油胺的混合物。在油酸与油胺的混合物中油酸与油胺的物质的量的比大于或等于1。

体系B最好为浓度为120mmol/L～500mmol/L的1，2-二羟基十六烷的二辛醚溶液或浓度为120mmol/L～500mmol/L的1，2-二羟基十六烷的二苯醚溶液。

一种Pt-Mn纳米合金胶体分散体系的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)配制体系A：体系A由高沸点有机试剂、合金前体和保护剂组成，其中合金前体的含量为26.7～40.0mmol/L，保护剂的含量为104～120mmol/L；