[发明专利]一种基于种子外延生长的单晶金@铂核壳八面体纳米粒子可控制备方法

说明书

本发明涉及一种具有核壳结构的金@铂八面体纳米粒子及其制备方法。金@铂核壳八面体纳米粒子是由铂在金八面体纳米粒子表面外延等角沉积生长获得的，其芯部成分为金，壳层成分为铂。制备步骤包括：（1）以聚二烯丙基二甲基氯化铵作稳定剂，在乙二醇中采用多元醇还原法制备金八面体纳米粒子胶体溶液；（2）室温条件下向（1）中获得的金八面体纳米粒子胶体溶液加入适量乙酰丙酮铂，搅拌均匀后在180‑230摄氏度加热反应获得茶色金@铂核壳八面体纳米粒子。本发明获得的金@铂八面体核壳纳米粒子具有催化和紫外‑可见表面等离子体共振吸收多重性能，在低温燃料电池、光化学催化合成等方面具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于种子外延生长的金@铂核壳八面体纳米粒子可控制备方法。

背景技术

在低温燃料电池中，贵金属铂及其合金是目前加快电化学反应速度的最有效催化剂。另外，铂是唯一能承受燃料电池中酸性环境的铂族金属。然而，铂是稀有的贵金属，价格十分昂贵，导致低温燃料电池成本过高，限制了低温燃料电池广泛、大规模的应用。更重要的是，其催化活性极易被一氧化碳(CO)毒化而导致其催化性能急剧降低。因此，减少铂在催化剂中的用量，降低催化剂成本；提高其催化活性；增强其催化稳定性；延长其使用寿命是低温燃料电池广泛应用的关键环节。近年来，科研工作者为提高Pt催化活性，减少铂用量，降低催化剂成本，做了大量的研究工作，发展了许多可控合成铂及铂复合纳米粒子的新方法、新技术和新路线，包括：1）控制实验参数，合成特殊形貌的铂纳米粒子；2）利用金属间的协同作用，铂与其它价廉金属构筑双金属或多金属复合纳米粒子。对于铂催化剂而言，除了催化效率外，另一个重要性能则是铂催化剂的稳定性（铂催化剂使用时容易发生铂纳米粒子的迁移、聚集、溶解等问题）。强稳定性是延长铂催化剂使用寿命，也是实现低温燃料电池广泛、大规模应用中亟待解决的关键问题。引进化学性质不活泼、耐酸性好的贵金属，比如金，是目前增强铂催化剂稳定性的主要手段之一。主要策略包括：1）用金团簇修饰铂催化剂表面，如采用金纳米簇修饰铂/碳催化剂或Pt纳米粒子；2）采用种子沉积生长法，在金纳米粒子表面沉积铂纳米粒子枝晶构筑金/铂异质纳米粒子。近来研究表明，与金 {100}晶面相比，金{111}晶面更能有效增强铂纳米颗粒催化剂的稳定性。此外，研究人员发现在高氯酸水溶液体系中，铂{111}晶面对氧气还原反应的催化活性明显高于铂{100}晶面。因此，如果以形貌可控、暴露面为金{111}的金八面体纳米粒子作为种子，采用种子外延生长方法在其表面形成具有铂{111}晶面暴露的纳米壳层构筑金@铂核壳纳米粒子不仅能增强铂催化剂稳定性，而且通过控制铂壳层暴露晶面结构及利用铂与金间的协同作用能提高铂催化剂的活性。显然，构筑具有核壳结构的金@铂八面体纳米粒子具有重要的科学意义和实用价值。然而，由于金与铂间晶格不匹配、不互溶、金-铂原子间的结合能小于铂-铂原子间的结合能等原因，铂在金纳米粒子表面外延生长，构筑特定形貌金@铂核壳纳米粒子面临巨大挑战。

发明内容

本发明要解决的关键技术问题为克服金与铂间晶格不匹配、不互溶、金-铂原子间的结合能小于铂-铂原子间的结合能及现有金/铂异质纳米粒子制备技术中的不足之处，提供一种基于种子外延生长的金@铂核壳纳米粒子制备方法，制备具有核壳结构、高效稳定的金@铂八面体纳米粒子。

本发明中金@铂核壳八面体纳米粒子的典型合成过程包括以下具体步骤：

（1）金八面体纳米粒子胶体溶液制备：首先向乙二醇溶液中添加分子量为400000-500000聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯金酸、氢氧化钠水溶液，获得反应前驱体溶液，在180-230摄氏度下反应20-60分钟，制得红色金八面体纳米粒子胶体溶液，其中，聚二烯丙基二甲基氯化铵、氯金酸、氢氧化钠浓度分别为0.01-0.1摩尔/升、0.0001-0.002摩尔/升、0.0005-0.005摩尔/升；

（2）室温条件下将一定量的乙酰丙酮铂加入步骤（1）获得的金八面体胶体溶液后，搅拌均匀后放在180-230摄氏度的油浴中反应30-180分钟，获得茶色金@铂核壳八面体纳米粒子胶体溶液；其中，乙酰丙酮铂的浓度为0.0005-0.0025摩尔/升；