[发明专利]一种立方体铂钌核壳纳米晶的制备方法及其产物

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种立方体铂钌核壳纳米晶的制备方法及其产物。

背景技术

铂基贵金属纳米晶作为催化剂始终占据主导地位，而其在其他方面(如电学、传感等)展现的优异性能，更吸引众多学者对铂基纳米晶的合成制备和运用进行深入研究。但是铂基金属具有的另一个不容忽视的特点是价格昂贵，资源储备有限。这一特点很大程度上限制了它的广泛应用。针对这一点，目前的研究主要是引入其他金属，形成复合纳米结构，不仅可以减少铂用量，降低成本，复合结构还能带来更优的性能。

现有的关于铂基纳米晶的研究成果相当丰富，人们通过共还原法、热分解有机金属源、电化学法、模板法，制备得到多种高催化活性的Pt-M(M＝Fe，Co，Ni，Cu，Mn，Ru，Au，Pd)纳米晶。Pt-Ru纳米晶因其对CO较强的抗毒化作用和优异的电催化性能在Pt基纳米晶中占有重要的地位。

中国发明专利(公开号CN103933975A)公开一种高催化活性的Pt-Ru合金催化剂的制备方法。合金中的Pt源和Ru源分别来自于氯铂酸以及水合三氯化钌，与双亲嵌段共聚物P123、水、乙醇形成溶致液晶，在超声水浴环境下使用抗坏血酸作为还原剂进行还原，再通过洗涤、离心、煅烧得到高催化活性的Pt-Ru合金催化剂产品。中国发明专利(公开号CN1801514A)公开一种制备Pt/Ru合金催化剂的方法，将Pt前体和Ru前体溶解在水中，并将所得溶液混合，继续混合催化剂载体溶液，调整混合溶液PH到11～13，加热得到产物形成催化剂颗粒。

对于Pt-Ru纳米晶，组成、大小、形状、结构等这些因素都可以影响纳米晶的性能，通过调节这些参数，能够实现纳米晶在不同领域的应用。立方体铂钌核壳纳米晶是一种较难合成、性能好、尺寸形貌均一的纳米晶。现有技术中制备方法复杂，得到的产物尺寸形貌不均一。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种立方体铂钌核壳纳米晶的制备方法，可以制得尺寸适中、分散性好的的立方体铂钌核壳纳米晶，且制备方法简单。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种立方体铂钌核壳纳米晶的制备方法，包含以下步骤：

1)将乙酰丙酮钌、含铂化合物和三正辛基氧膦溶解于油胺和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶液中；所述的含铂化合物为氯铂酸或氯铂酸钠；

2)将步骤1)中得到的混合溶液在180～250℃下，搅拌反应30～600min；

3)将步骤2)中得到的产物经分离，得到沉淀物，即为立方体铂钌核壳纳米晶。

上述技术方案采用一步法，获得形貌尺寸均一的立方体铂钌核壳纳米晶，乙酰丙酮钌和含铂化合物作为反应原料，三正辛基氧膦作为分散剂，油胺和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶液不仅起到溶剂的作用，更可以起到还原剂和修饰剂的作用。实验过程简单可控，且成本较低，为通过调节形貌来控制立方体铂钌核壳纳米晶性能提供了潜在的可能性。

作为优选，所述的步骤2)中混合溶液的反应温度为210～230℃，反应时间为160～200min。在该反应温度反应时间下，所得的立方体铂钌核壳纳米晶形貌尺寸更加均一。

作为优选，所述的步骤1)中的混合溶液中，钌与铂的摩尔比为1:4～4:1。作为进一步优选，所述的步骤1)中的混合溶液中，乙酰丙酮钌的浓度为0.0015～0.006mol/L。上述制备过程中，过多的铂源使得产物形成更多的孪晶或不规则纳米颗粒；而过多的钌源则使得产物形成不规则片状或颗粒状。

作为优选，所述的步骤1)的混合溶液中，三正辛基氧膦的浓度为0.018～0.10mol/L。三正辛基氧膦起到了分散剂的作用。三正辛基氧膦在生成的立方体铂钌核壳纳米晶表面通过磷配位原子与过渡金属纳米粒子有较强的配位作用，形成类似油包水型胶束的保护层，能防止纳米粒子团聚。

作为优选，所述的步骤1)中的混合溶液中，油胺和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1:7～7:1。本发明以油胺和N，N-二甲基甲酰胺为溶剂、还原剂、修饰剂和稳定剂，其中油胺为主要还原剂，在一定温度下进行反应，制备出高质量的立方体铂钌核壳纳米晶。过多的N，N-二甲基甲酰胺，制得的纳米晶颗粒过小且无规则形貌；过多的油胺，制得的纳米晶呈枝状，无法形成立方体形貌。