[发明专利]一种表面形貌可控的钯纳米立方八面体的制备方法

说明书

本发明提供了一种表面形貌可控的钯纳米立方八面体的制备方法。该制备方法包括通过控制钯籽晶的生长速度来获得具有不同表面形貌的钯纳米立方八面体。所述钯籽晶是表面凹陷的钯纳米立方体。本发明制备方法可以得到三种典型形貌的钯纳米立方八面体，制备工艺简单，成熟可靠，易于控制。在水溶液中进行，避免引入有机溶剂污染源从而降低钯纳米催化剂的性能。通过籽晶诱导的两步过程，精确控制钯纳米立方八面体的表面形貌。

技术领域

本发明涉及贵金属纳米催化剂的制备领域，特别是涉及一种表面形貌可控的钯纳米立方八面体的制备方法。

背景技术

钯金属在加氢和脱氢反应中具有极强的催化能力，但是，钯作为贵金属，它的应用成本很高，这极大地限制了其在工业生产中的应用。因此，如何进一步降低钯的使用成本同时提高其催化效率成为当前研究者们关注的焦点。

近十年间，贵金属纳米材料的可控合成是纳米材料合成中一个比较热门的分支，各种形貌的贵金属纳米材料被合成出来。其中，已经报道的纳米钯颗粒的形貌包括立方体、八面体、立方八面体、菱形十二面体、直角双锥体、十面体、二十面体、五次孪晶纳米棒、单晶纳米棒、纳米片、二十四面体、表面凹陷立方体、纳米花、纳米线和纳米管等。研究者们期望找到各种形貌多面体合成之间的联系，期望利用一种方法仅仅通过改变少量实验参数就可以得到所有形貌多面体颗粒。在贵金属纳米材料的可控合成工作中，美国华盛顿大学的夏幼南研究组作出突出贡献。他们提出贵金属颗粒的合成分为晶核到籽晶的成核阶段和籽晶到多面体颗粒的生长阶段，通过两个阶段的动力学控制和热力学控制可以调制多面体颗粒的形貌。他们在水溶液中通过不同的还原剂在不同表面包裹剂和稳定剂的共同作用下还原钯前驱物，在不同的温度和反应时间下得到不同形貌的多面体颗粒。清华大学的李亚栋研究组和厦门大学的郑南峰研究组利用溶剂热的方法制备出很多新奇的钯纳米多面体。研究者们对这些不同形貌钯纳米颗粒的表征发现，由于纳米材料比表面积远远大于体材料，纳米材料富含低配位原子等原因，钯纳米材料展现出比体材料更低的成本和更优异的催化性能，这使得研究者们看到了钯纳米材料实用化的希望。

基于热力学规律，表面能比较低的多面体较稳定并较容易合成，因此目前大部分被合成出的纳米多面体的表面为低指数面。而表面为高指数面的多面体是不容易合成的，表面凹陷或凸起的多面体颗粒鲜有报道。2007年，厦门大学孙世刚研究组利用电化学沉积技术制备表面为高指数面的铂二十四面体，在合成过程中氧气分子是高指数面可以稳定存在的原因，随后他们用相同的方法合成出具有高指数面的金和钯多面体。同时，他们发现高指数面由于富含台阶原子和扭结原子而展现出比普通纳米颗粒更优异的电催化性能。这引起了研究者们广泛关注，其他表面凸起或凹陷的贵金属多面体被合成出来。但是由于热力学规律的限制，目前的关于钯纳米晶体表面可控调制的研究并不多。X.Q.Huang在甲醛溶液中通过溶剂热的方法合成了表面凹陷的钯纳米四面体[X.Q.Huang,S.H.Tang,H.H.Zhang,Z.Y.Zhou,N.F.Zheng,J.Am.Chem.Soc.2009,131,13916]，但该方法中使用的有机溶剂难以有效去除，严重影响钯纳米晶体的催化性能。J.W.Zhang利用表面包裹剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)的共同作用合成了表面凹陷的钯纳米立方体[J.W.Zhang,L.Zhang,S.F.Xie,Q.Kuang,X.G.Han,Z.X.Xie,L.S.Zheng,Chemistry-AEuropean Journal 2011,17,9915]。Z.B.Shao利用CTAB在钯(100)表面的包裹作用一步地合成出表面凹陷的钯纳米立方体、直角双锥体和五次孪晶纳米棒[Z.B.Shao,W.Zhu,H.Wang,Q.H.Yang,S.L.Yang,X.D.Liu,G.Z.Wang,J.Phys.Chem.C 2013,117,14289]。以上两个合成方法是通过控制反应动力学一步地合成出表面凹陷的钯纳米晶体，缺少对表面形貌的控制。目前针对表面形貌精确可控的钯纳米立方八面体的制备研究还没有报道。

发明内容

本发明的一个目的是要实现对钯纳米立方八面体表面形貌的精确可控。