[发明专利]一种多层yolk‑shell结构贵金属@SnO2复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及负载贵金属的金属氧化物多层yolk-shell 复合结构的制备方法。

背景技术

yolk-shell 结构也称蛋黄-蛋壳结构，是指空心壳层中包含有其它纳米粒子作为核，而且核是可以自由移动的一种新颖的复合结构。这种结构结合了yolk和shell两部分的性质，并具有比表面积大和快速的物质传输能力等优点，在药物传递、催化剂、传感器和能量存储等方面具有独特的应用前景。

SnO₂是应用最广泛的半导体气敏材料之一，可以有效的应用于甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、一氧化碳、二氧化碳、乙醇、甲醛、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯等多种气体的检测，但是单一的金属氧化物往往具有选择性差的缺点。由于贵金属具有良好的催化能力和电子俘获能力，使得贵金属掺杂成为显著提高半导体材料气敏选择性的有效途径。文献（Sensors and Actuators B: Chemical, 2013, 184, 33–39）报道了将SnO₂粉体浸泡在H₂PtCl₆溶液中，然后高温煅烧，得到Pt掺杂SnO₂复合材料，该材料在室温条件下显示出对CO良好的气敏选择性。但是此方法的不足之处是在高温煅烧过程中，Pt纳米颗粒由于具有高的表面能而容易发生团聚，很大程度上会影响气敏灵敏度。而如果将贵金属纳米颗粒包裹并固定在氧化物壳层内部，则可以有效防止煅烧过程中的团聚现象。

前人对yolk-shell结构纳米贵金属@SnO₂进行了为数不多的研究，其制备过程中普遍存在浓度低、过程复杂、分散性不好或是在有机环境中合成导致环境友好性差等缺陷，而且未见对yolk-shell结构纳米贵金属@SnO₂核层壳层厚度任意调控的报道。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种模板法，制备壳层厚度及核尺寸可调的贵金属@SnO₂yolk-shell 复合材料的方法，有效克服了现有技术中掺杂的贵金属颗粒聚集长大的缺陷。

本发明的技术方案如下: 一种yolk-shell 结构贵金属@SnO₂复合材料的制备方法包括如下步骤：

A、以葡萄糖为原料，配制成浓度为0.1-0.3 g·mL^-1的水溶液，然后加入0.01-0.05 mmol的贵金属盐，将溶液转入反应釜中，160-200 ℃反应2-8 h，过滤、洗涤、干燥后得贵金属@C球，将贵金属@C球分散在25 mL N, N 二甲基甲酰胺 (DMF) 溶剂中，形成悬浮液。

B、将0.5-2 mol·L^-1氯化亚锡的 DMF溶液加入步骤A的悬浮液中，超声30 min，再逐滴加入2 mL去离子水，常温浸泡24 h后，离心，洗涤，干燥，得到粉末材料。

C、将步骤B得到的粉末材料物置于马弗炉中，以3 ℃·min^-1的速率升温到500 ℃，保温1-3 h，即可得到yolk-shell 结构贵金属@SnO₂复合材料。

本发明所述的yolk-shell 结构贵金属@SnO₂复合材料的制备方法中，所述贵金属盐为硝酸银，氯金酸，氯铂酸和氯化钯。

本发明所述的制备方法，利用聚碳的还原性，在制备碳球模板的同时将贵金属盐还原为贵金属单质，一步得到贵金属@C核壳结构，简化了反应步骤。

本发明所述的制备方法，所制备的贵金属@SnO₂ yolk-shell 结构的壳层厚度可通过调节锡离子浓度调节，核的尺寸可通过调节贵金属盐浓度而调节。

本发明所述的制备方法，氯化亚锡溶解在DMF中，有效防止了氯化亚锡的水解。

与现有技术相比，本发明制备yolk-shell 结构贵金属@SnO₂复合材料的方法，反应简单易控，所制备的yolk-shell 结构贵金属@SnO₂复合材料，壳层厚度及核尺寸可调。该方法设计合理，工艺简单，形貌可控，尺寸分布均匀。

附图说明

图1 是yolk-shell结构Ag@SnO₂的X-射线衍射图谱。

图2 是不同放大倍数下Ag@C的透射电子显微镜照片(TEM)。

图3 是yolk-shell结构Ag@SnO₂的TEM照片。