[发明专利]一种超细铂纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料领域，特别涉及一种超细铂纳米线的制备方法。

背景技术

贵金属铂纳米晶体因具有高效的选择催化活性和良好的导电性，以及显著的抗腐能力，使得它在传感器件、催化剂和电极材料等领域的应用前景十分广阔。

铂纳米晶的物理化学特性和选择性均强烈依赖于粒子的形貌和尺寸，有效控制铂纳米晶的形貌和尺寸有望显著改善铂纳米晶的物理化学特性，尤其是电催化活性。由于贵金属价格昂贵，且价格仍在不断攀升，最大程度地提高铂纳米晶催化剂的性价比已经成为科学研究的热点和工业竞争的焦点。

目前人们对于铂纳米晶的研究大多局限于纳米颗粒。研究证实由于结构上的各向异性，一维铂纳米线尤其是超细铂纳米线，将会显著提高电子传输速率，同时显著提高其催化活性。此外一维铂纳米线比零维的铂纳米颗粒的显著优势还表现在：(1)优先暴露出低能势的晶面。低能势的晶面对氧化还原反应的催化效果更显著；(2)推迟具有高电势的表面氧化层的形成，从而加速反应的动力学。因此研究具有高的长径比的超细铂纳米线的制备具有重大意义。Sun等采用碳纳米管做辅助，成功控制合成出垂直于轴向生长的刺突形貌的铂纳米线，合成出的铂纳米线直径为2~3nm，长度最长可达100nm（Chem. Commun. 2009， 7048–7050）。这种方法的缺点是需要复杂的设备，并且反应工艺复杂，合成的铂纳米线长径比不高。Wong课题组也成功制备出了直径为1.8±0.3nm，长度为100±25nm的超细铂纳米线，并且显示出良好的电催化活性（Nano. Lett.2010，10，2806–2811）。然而该制备方法工艺复杂，合成的铂纳米线长径比不高，这在一定程度上妨碍了超细铂纳米线的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、产量产率高、长径比高、易于规模化生产的超细铂纳米线的制备方法。本发明主要是采用长数微米的胰岛素纤维为模板，利用生物分子所具有的完善且严格的分子识别功能，通过物理、化学等方法按照设计要求在其表面的活性位点定位生长纳米粒子，同时生物分子自身的结构特征及其空间限域效应可以对纳米粒子的合成进行精确调控，从而得到具有预期形貌的超细铂纳米线。

本发明的制备方法如下：

（1）牛胰岛素纤维化

按每毫克牛胰岛素粉末溶于0.087～0.87mL的浓度为10～25mM盐酸溶液中，配制成胰岛素盐酸溶液。将上述溶液装入容器，漩涡混匀，室温静置待气泡消散后，使用封口膜进行封口，将溶液于65～70℃恒温金属浴中加热约5～20h，形成胰岛素纤维悬液。

（2）制备超细铂纳米线

按氯铂酸溶液：胰岛素纤维悬液：硼氢化钠的体积比=4～13：10～20：6～12。将浓度为2.5～5mM的氯铂酸（H₂PtCl₆）溶液(pH=1.6～2)，加入到上述胰岛素纤维悬液中，充分混匀，于4～10℃，50～100r/min下摇床孵化10～20h，然后逐滴加入浓度为5～10mM的硼氢化钠(NaBH₄)还原剂溶液，于4～10℃，50～100r/min下摇床振荡8～24h使反应完全，即得到单分散性良好直径2～3nm，长数微米的超细铂纳米线。

本发明采用纤维化后的胰岛素为模板控制合成超细铂纳米线，改变蛋白质的天然态环境，蛋白质很容易自我组装成为不可溶解的纤维丝状聚合体，即淀粉质纤维。胰岛素分子在高浓度、低pH值、加热的条件下很容易自我组装成为具有3D螺旋结构的纤维丝。调整纤维化过程的加热孵化时间，可得到直径～12nm，长几微米至十几微米、在水溶液中伸展良好的胰岛素纤维。胰岛素纤维没有支链，有很好的力学强度，在pH值范围1-2时稳定性高。这些性质使得胰岛素纤维成为一种优良的生物模板。本发明首先对胰岛素进行纤维化处理，得到胰岛素纤维，然后将胰岛素纤维和氯铂酸溶液进行共孵化。由于静电作用，目标离子吸附到胰岛素纤维表面的活性位点(胺基基团)上，后经还原处理，铂纳米粒子在胰岛素纤维表面原位还原生长，形成直径2～3nm，长度为数微米的超细铂纳米线。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、工艺简单、条件温和、无需高温高压、环保高效、重复性好、易于实现大规模生产。

2、可获得沿胰岛素纤维轴向生长的长度微米级的超细铂纳米线，随着氯铂酸溶液浓度的增加，铂纳米线形貌未发生明显变化，产量显著增加，具有更高的长径比和更简单的产量调控方法。