[发明专利]一种纳米棒及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米棒及其制备方法与应用，具体地，涉及一种具有铜铂（CuPt）合金纳米岛结构的纳米棒的制备方法以及由该方法制得的具有CuPt合金纳米岛结构的纳米棒及其在催化氧化反应和/或歧化反应中的应用。

背景技术

Pt以及基于Pt的合金纳米颗粒是一类重要的工业催化剂，例如作为汽车尾气低温还原和其他一些重要的化学反应的催化剂。目前，已有大量的研究表明可通过调控Pt纳米颗粒的尺寸、形貌以及结构来提高Pt的催化性能。作为燃料电池的主导电极材料，纯Pt催化剂极容易吸附燃料小分子的氧化中间产物如CO等造成催化剂中毒，催化活性降低。Pt和其他金属如Ru、Rh、Ag、Au等形成双金属或者三金属纳米结构在极大的提高抗CO中毒能力和保持良好的催化活性外，还能降低催化剂的消耗成本。加入一定量的Fe、Co、Ni等过渡元素也能显著提高催化活性，与纯Pt相比成本更低。另外，在贵金属Pt表面构建具有配位不饱和的过渡金属氧化物纳米结构（FeO,NiO,CoO），已成功实现了室温条件下分子氧的高效活化。

在铂纳米颗粒的合金中，涉及铂铜合金纳米颗粒的研究还相对较少。CuPt合金在催化加氢/脱水，氯化碳氢化合物的脱氯作用，NOx还原及CO的氧化等方面有重要的应用。目前，CuPt合金纳米颗粒的已报道的合成方法有热分解法[T.Kwon,M.Min,H.Lee,B.J.Kim,J.Mater.Chem.2011,21,11956；Q.Liu,Z.Yan,N.L.Henderson,J.Chris Bauer,D.W.Goodman,J.D.Natteas,R.E.Schaak,J.Am.Chem.Soc.2009,131,5720]，电沉积[A.Kloke,C.R.Gerwig,R.Zengerle,S.Kerzenmacher,Adv.Mater.2012]，辐射分解法[T.A.Yamamoto,T.Nakagawa,S.Seino,H.Nitani,Applied Catalysis A:General2010,387,195]和反相胶束法[W.Wang,X.Tian,K.Chen,G.Cao,Colloids and Surfaces A:Physicochem.Eng.Aspects2006,273,35]等。Kim等人用热分解的方法在非极性溶剂中制备了的CuPt纳米棒（长径比分别为1，6，11，其中长分别为2.5nm，14nm，27.4nm，直径均为2.5nm），之后通过配体交换得到了水溶性CuPt纳米棒。在这种方法中，前驱物需要在120℃氮气保护下反应20分钟融化，接着还需要在225℃反应30分钟才能得到非极性的CuPt纳米棒。之后为了增加其水溶性，还需要进行配体交换。Liu等人用相似的方法合成了直径为2.5nm，长径比在5～25之间可调的CuPt纳米棒。Kloke等人用循环电沉积的办法得到的Pt电极近表面的Cu含量在3±1atom%。Yamamoto等人提出的辐射分解法需要使用4.8MeV的电子束照射才能驱动反应，合成的CuPt颗粒大概在2.1nm。Wang等人用水、十六烷基三甲基溴化铵、异辛烷、丁醇形成的油包水微乳液与水合肼还原前驱体得到PtCu₃合金颗粒（平均直径为1.6nm）。

以上方法制备条件相对苛刻或者操作上较繁琐，制得的CuPt合金的组成上也相对受限，而纳米颗粒的催化性质与组成有很大的依赖性，因此导致难以实现从组成上对纳米颗粒的催化活性进行调控。此外，目前对CuPt合金作为催化剂的报导中，其对底物的选择性尚未见报导，有待进一步研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种组成可控、对底物的催化有选择性且催化效率高的具有CuPt合金纳米岛结构的纳米棒及其制备方法与应用。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种纳米棒的制备方法，该方法包括在溶剂的存在下，将可溶性铂盐、可溶性铜盐、还原剂与金纳米棒接触，相对于每摩尔的金原子，所述可溶性铂盐的用量为0.1-0.5mol，所述可溶性铜盐的用量为0.01-3mol，所述还原剂的用量为2-20mol。

另一方面，本发明提供了由上述方法制得的纳米棒。

再一方面，本发明提供了上述方法制得的纳米棒在催化氧化反应和/或歧化反应中的应用。