[发明专利]一种在二维片层材料和导电高分子双重载体之间负载形貌可控的双金属纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料催化剂合成与应用领域，涉及一种合成具有可控形貌和高催化活性催化剂的制备方法，尤其涉及一种以二维片层材料和导电高分子聚合物为载体，在两种载体之间合成形貌可控的双金属纳米材料的方法。

背景技术

双金属纳米材料凭借其独特的光学、电学和磁学性质，尤其是远优于相应单金属纳米材料的催化性能吸引了越来越多科研工作者的注意力。这些特性使它们广泛应用在能源转换、传感器、生物医药和催化剂等领域(W.P.To，K.T.Chan，G.S.M.Tong，C.S.Ma，W.M.Kwok，X.G.Guan，K.H.LowandC.M.Che，Angew.Chem.Int.Ed.，2013，52，6648-6652；S.Roy，G.PaluiandA.Banerjee，Nanoscale，2012，4，2734-2740；E.C.Dreaden，A.M.Alkilany，X.H.Huang，C.J.MurphyandM.A.El-Sayed，Chem.Soc.Rev.，2012，41，2740-2779；B.N.Zope，D.D.Hibbitts，M.NeurockandR.J.Davis，Science，2010，330，74-78)。

大量研究表明，纳米材料拥有极大的比表面积，相对于传统体相材料，它们具有更高的催化活性。然而，在实际应用的过程中，纳米材料也存在着不足之处：一方面，由于表面能较高，纳米材料在反应体系中会发生严重聚集，从而导致失活；另一方面，由于尺寸较小，它们很难从反应体系中分离出来，易造成二次污染。除此以外，常见金属纳米催化剂多为球形粒子，形貌不易调控，难以获得高催化活性取向的结构。这些缺陷严重地阻碍了金属纳米材料在工业催化中的广泛应用(M.Clement，H.MenardandP.A.Rowntree，Langmuir，2008，24，8045-8049；J.Han，L.WangandR.Guo，J.Mater.Chem.，2012，22，5932-5935；L.R.Kong，X.F.Lu，X.J.Bian，W.J.ZhangandC.Wang，ACSAppl.Mater.Interface，2011，3，35-42)。

如何通过简单快速的方法获得稳定性好、可重复利用且形貌可控的金属催化剂，是它们实际应用的基础，也是科研工作者必须解决的问题。

发明内容

为了解决合成金属催化剂过程中实验步骤复杂、催化材料稳定性差、使用寿命短以及催化剂形貌调控困难等问题，本发明提供了一种简便的在二维片层材料和导电高分子双重载体之间负载形貌可控的双金属纳米材料的方法。本方法不仅合成步骤简单，而且催化剂稳定性高，便于分离再利用，大大提高了催化剂的使用寿命，解决了目前金属纳米催化剂在实际应用中容易发生聚集、使用寿命短和循环利用效率低等问题。更重要的是，通过简单调控实验参数，可以有效控制双金属纳米材料的形貌，进一步提高催化剂的催化活性，从而实现催化剂高效使用的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种在二维片层材料和导电高分子双重载体之间负载形貌可控的双金属纳米材料的方法，包括以下步骤：

一、向5-500mL二维片层材料溶液中加入0.1-10mL含有双金属盐的溶液中搅拌，形成均匀溶液；

二、在搅拌的条件下将0.01-1.0mL导电高分子单体加入到步骤一得到的溶液中，搅拌反应；

三、将步骤二中反应后所得溶液除去没有反应的单体，并用去离子水洗，即在二维片层材料和导电高分子聚合物之间获得具有可控形貌的双金属纳米材料。

步骤一中，所述的二维片层材料浓度为1-10mg/mL。这些二维片层材料包括：石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、氮化碳、氮化硼、二硫化钼等中的一种。

步骤一中，所述的双金属盐为钯盐(氯化钯、硫酸钯、氯钯酸铵、四氯钯酸钠、硝酸钯中的一种或几种)、金盐(氯金酸、硝酸金、溴化金、氯化金钾、四氯金酸铵中的一种或几种)、镍盐(硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、氨基磺酸镍、草酸镍中的一种或几种)、铜盐(硝酸铜、氯化铜中的一种或两种)、钽盐(氯化钽)、银盐(硝酸银、银氨溶液、氧化银中的一种或几种)、钌盐(氯化钌、氧化钌中的一种或两种)、铑盐(氯化铑)、锇盐(氯化锇)、铱盐(氯化铱)、铂盐(氯化铂、氯铂酸、氧化铂、硝酸铂中的一种或几种)等中的两种。

步骤一中，所述的搅拌时间为1-60min。

步骤二中，所述的导电高分子单体为乙炔、苯胺、噻吩、吡咯、乙烯二氧噻吩和3-己基噻吩等其中的一种。