[发明专利]Pd基过渡金属掺杂二元纳米多孔材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种用于催化、化学传感和生物过滤的纳米多孔材料制备方法，提供Pd基过渡金属掺杂的二元纳米多孔材料，属纳米材料制备的技术领域。

 

背景技术

纳米多孔材料属于纳米科学技术范畴。而其中的纳米多孔Pd具有比表面积大、质量小和电热传导性好等优异性能，在催化、化学传感和生物过滤器等领域得到广泛的应用。

与骨骼、岩石和土壤等天然材料不同，所有纳米多孔金属材料均需人工合成。目前合成方法主要包括发泡法、模板法、自主装和脱合金法。其中的脱合金法是利用合金中组员之间的金属活泼性差异，选择合适的电解质溶液使电化学活泼元素发生选择性溶解，从而获得具有三维纳米孔道的方法。这一方法由于简单易行，受到广泛关注。

尽管使用脱合金法制备纳米多孔金属具有简单易行的优点，但受其机理所限，获得的产物较为有限。在脱合金过程中，腐蚀过程是一个通过表面扩散的自主装过程，而非从复合相中通过简单的点蚀去除其中一种相的行为。因此，如果要获得理想的纳米通孔，须使用均一的单相作为脱合金预合金。目前，除少数合金以外，绝大部分都是用单相固溶体和金属间化合物作为脱合金预合金。这类物质的体系非常有限，给纳米多孔金属材料的掺杂带来了很大障碍。而掺杂恰恰是提高纳米多孔金属催化、光学和力学等性能的重要手段。

 

发明内容

为了解决现有的脱合金法制备的纳米多孔金属的产物较为简单的问题，本发明提供了一种Pd基过渡金属掺杂二元纳米多孔材料及其制备方法，能够制备掺杂的Pd纳米多孔材料，且掺杂含量可以调整。

本发明的技术方案为：一种Pd基过渡元素掺杂二元纳米多孔材料，以金属玻璃(PdM)₈₀P₂₀预合金为原料，在溶液中采用三电极装置脱合金得到Pd基过渡元素掺杂二元纳米多孔材料，所述的M为Ni、Cu、Co或Fe；

所述的Pd基过渡元素掺杂二元纳米多孔材料具有内连通的双峰孔径结构，纳米孔中的大孔尺寸70～100nm，小孔3～5nm，连通的金属韧带组织宽度10～20nm。

所述的金属玻璃(PdM)₈₀P₂₀预合金中Pd的含量占总原子数的40～70 at％，M含量占总原子数的10～40at％，Pd和M的总含量占总原子数的80％。

溶液为H₂SO₄ 和M²⁺的混合水溶液，混合水溶液中H₂SO₄浓度为0.8 -1.0 mol/L，M²⁺ 浓度为0.1 mol/L；或者为浓度为1 mol/L 的NaCl水溶液。

所述的混合水溶液中还含有浓度为0-0.2 mol/L 的PO₄^3-。

所述的三电极装置中以(PdM)₈₀P₂₀为工作电极，Pt为对电极，饱和甘汞电极为参比电极。

制备所述的Pd基过渡元素掺杂二元纳米多孔材料的方法，以清洗晾干后的(PdM)₈₀P₂₀作为工作电极，以Pt为对电极，以饱和甘汞作为参比电极，在溶液中采用三电极装置中，在0.45-0.95V条件下进行脱合金处理，当电流趋近于零时，将脱合金后的工作电极取出得到Pd基过渡金属掺杂二元纳米多孔材料。

 

有益效果：

（1）金属玻璃为新兴的单相金属材料，具有体系多，元素容纳能力强等诸多优点，给掺杂提供了巨大便利，本发明以金属玻璃作为预合金的方法容易实现Pd基纳米多孔材料的过渡金属掺杂，且掺杂元素含量可根据使用要求进行调节。

(2) 本发明采用金属玻璃作为预合金，获得的Pd基材料具有内连通的双峰孔径结构。纳米孔中的大孔尺寸约70-100nm，小孔约3-5nm，连通的金属韧带组织宽度约10~20nm。

附图说明

图1为本发明制备的Pd基过渡元素掺杂二元纳米多孔材料的电镜图。

从中可以清楚的看出材料具有内连通的双峰孔径结构。

具体实施方式