[发明专利]一种钯纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别涉及一种钯纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

近年来，钯作为一种重要的铂族元素一直吸引着人们的广泛兴趣，钯被广泛用作催化剂，其催化性能较为突出。

目前，钯纳米颗粒主要采用Berhault(J.Phys.Chem.C,2007,111卷第5919页)提出的种子生长法进行合成，方法具体为：首先用硼氢化钠还原氯亚钯酸钠制备出种子，然后将该种子加入到含有十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液、氯亚钯酸钠和抗坏血酸的生长液中继续生长，最终得到钯纳米颗粒，该方法需要调控的反应参数较多，可控性较差；操作繁琐，不具备工业化生产的潜力；制得的钯纳米颗粒形貌不可控，且分散性较差。

发明内容

为解决上述问题，本发明第一方面提供了一种钯纳米颗粒，该钯纳米颗粒的形貌为凹面立方体，所述凹面立方体表面由高指数晶面组成，单分散性较好，催化活性较高。本发明还提供了一种钯纳米颗粒的制备方法，该方法通过无种子一步法制得钯纳米颗粒，制备工艺简单、条件温和、成本低廉，具备规模化工业生产的能力。

第一方面，本发明提供了一种钯纳米颗粒，所述钯纳米颗粒的形貌为凹面立方体，所述凹面立方体的表面由高指数晶面组成。

优选地，所述凹面立方体的表面由24个{730}晶面组成。

优选地，所述钯纳米颗粒的粒径为20nm-50nm。

本发明第一方面提供的钯纳米颗粒的形貌为凹面立方体，形貌均一，单分散性较好。所述凹面立方体表面由高指数晶面组成，高指数晶面含有大量的台阶原子和悬空键，配位数较少，化学活性高，很容易与反应物分子相互作用成为催化活性中心，凹面可以暴露更多的高指数晶面，相比较于低指数晶面例如{100}面，本发明提供的钯纳米颗粒具有更多的台阶原子和悬空键，能提供更多的催化活性位点，因而具有更高的催化活性。

第二方面，本发明提供了一种钯纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

将钯盐和表面活性剂混合，然后在搅拌中加入还原剂水溶液得到混合溶液，所述混合溶液中含有Br^-离子，将所述混合溶液在10-90℃条件下搅拌反应1-12h，所述表面活性剂与所述钯盐的摩尔比为2:1；反应完成后，进行离心、洗涤得到钯纳米颗粒，所述钯纳米颗粒的形貌为凹面立方体，所述凹面立方体的表面由高指数晶面组成。

在纳米颗粒的生长过程中，表面活性剂能显著降低纳米颗粒的表面张力，从而防止纳米颗粒团聚，对纳米颗粒的生长进行限制；另外，由于表面活性剂本身具有的自组装特性，可在溶液中形成纳米尺度范围的不同形状的胶束、微乳、液晶和囊泡等自组装体，从而为纳米颗粒的生长提供模板。表面活性剂还对钯纳米颗粒的晶面具有各向异性吸附，具有对钯纳米颗粒的形貌进行控制和稳定的作用，从而得到形貌为凹面立方体的钯纳米颗粒。另外，调节反应的温度和还原剂的浓度也可促进凹面立方体的生成。钯凹面立方体为非热力学稳定的产物，当反应温度较低时、还原剂浓度较高时，更容易得到凹面立方体。

优选地，所述还原剂与所述钯盐的摩尔比为3:1-60:1。

更优选地，所述还原剂与所述钯盐的摩尔比为50:1-60:1。

优选地，所述Br^-离子与所述钯盐的摩尔比为2:1。

优选地，将所述混合溶液在10-50℃条件下搅拌反应3-12h。

优选地，所述钯盐为K₂PdCl₄、Na₂PdCl₄、PdCl₂、K₂PdCl₆或PdSO₄。

优选地，所述表面活性剂为十六烷基三甲溴化铵、含有溴化钾的十六烷基三甲氯化铵、含有溴化钾的柠檬酸钠或含有溴化钾的苯磺酸钠。所述表面活性剂中含有Br^-离子，从而使所述混合溶液中含有Br^-离子。

所述表面活性剂中的Br^ˉ在反应过程中可以取代所述钯盐中的Cl^ˉ离子或SO₄^2-，改变了氧化还原电极电势，从而改变了还原反应速率，使反应速度减慢，同时也可以吸附在产物表面得起稳定作用，最终得到相对稳定的高指数晶面。

优选地，所述还原剂为抗坏血酸、含有醛基的有机物、醇类或无机还原剂。

更优选地，所述含有醛基的有机物为葡萄糖、甲醛或乙醛。