[发明专利]一种均匀有序的铂立方体或多面体纳米颗粒阵列的制备方法

说明书

本发明公开了一种均匀有序的铂立方体或多面体纳米颗粒阵列的制备方法，基于双嵌段共聚物自组装模板法的胶团阵列等离子刻蚀后所得孔洞阵列为模板，利用敞口的孔洞式阵列模板封装铂前驱体与离子型封端剂，使嵌段共聚物自组装模板法兼容控制铂纳米颗粒形状的封端剂，获得非球形或线形的等传统嵌段模板法难以获得的特定构型铂纳米颗粒，解决了双嵌段共聚物自组装的模板与有机封端剂无法兼容的问题，解决了传统嵌段模板法难以获得的特定构型铂纳米颗粒的问题，且保证了立方体或多面体铂纳米颗粒大规模的均一性及高产率，解决了高均匀高重复性特殊形状铂纳米颗粒制备技术的技术瓶颈，有助于实现特殊形状铂纳米颗粒阵列在催化、光电等方面的高效应用。

技术领域：

本发明涉及纳米颗粒的技术领域，具体涉及一种均匀有序的铂立方体或多面体纳米颗粒阵列的制备方法。

背景技术：

铂纳米颗粒拥有良好的物理化学稳定性、感光能力、电导能力，以及对氢气、氧气、醇类、有机酸等能源原料存在优异的氧化还原催化能力，因此其广泛地应用于催化、能量转化、电子以及光学等领域，作为包含化学能、光能、电能等能量相互转化过程中高效的催化剂或敏化剂。在实际应用中，铂纳米颗粒的形状是影响其各类本征性能的最重要因素之一。由不同铂晶面封端而呈现不同形状的纳米颗粒在表面铂原子的排列、电子云结构、平均配位数等方面各有特点，开发及制备各种形状的铂纳米颗粒不仅可以获得丰富多样的催化敏化特性、扩展铂纳米颗粒可应用范围，也能够对铂纳米颗粒的具体应用过程进行有针对性的形状设计，将催化敏化等性能提高数倍至数十倍。

目前形状控制的工艺中，主要以在材料生长过程内添加封端剂实现铂纳米颗粒不同形状的制备。该方法利用了不同晶面电子结构及原子排布对有机物各异的吸附程度，加入吸附物吸附特定晶面使其自由能下降，阻止其进一步生长或团聚，造成各晶面生长速度不同，从而获得暴露特定晶面的特殊颗粒形状。常用封端剂包括有机胺类、醇类、酸类以及大分子共聚物。但是，对化学还原、热真空蒸发、脉冲镭射沉积、缓冲层辅助生长、化学气相沉积、气体冷凝、电化学沉积、离子化团簇束沉积、溶胶-凝胶、浸渍等等生长铂纳米颗粒的主流技术而言，在以封端剂进行形状控制的过程中无法保证颗粒特定形状乃至尺寸大规模的均匀，形状制备重复性较差，导致铂纳米颗粒无法充分发挥特殊形状所具有的特征性能。该问题源自封端剂受各技术复杂的生长环境影响，难以在成核长大过程中均匀分散至铂颗粒周围。

嵌段共聚物自组装模板法是能够确保制备的铂颗粒形状尺寸大规模均匀且重复性极高的代表性技术。其以纳米级的有机胶团作为铂纳米颗粒生长、封装的模板。纳米级胶团往往由两种不同大分子聚合体构成：对特定的选择性有机溶剂来说，其中一种聚合体是能够形成冠的纳米级可溶胶束，另一种是能够形成核的纳米级不溶胶束，二者在溶剂中自组装成为形貌尺寸高度均匀的胶团，并通过络合或质子化作用在胶团核上负载铂前驱体。通过旋涂或浸渍技术将胶团模板负载于载体之上，各胶团之间稳定的作用力可使模板成高度有序排列。待使用等离子体还原前驱体、清洗尽有机物后，即得到均匀有序的铂纳米颗粒阵列。该方法不仅保证了所制备铂纳米颗粒的均一性、重复性，且有序的颗粒排列可使铂纳米颗粒的特征结构以及活性位点周期性重复出现。对具有特定形状的铂纳米颗粒而言，上述优势能够最大限度地发挥形状带来的特定功能性。

然而，嵌段共聚物自组装模板法所用胶团模板为长链有机大分子聚合物，如果在封装纳米颗粒前驱体的同时封装封端剂，模板通常无法与有机封端剂兼容，二者或是络合而影响模板本身构型、均匀性及前驱体的负载过程，或是排斥而使有机封端剂未被封装；如果在完成封装前驱体之后添加封端剂，则封端剂难以接触前驱体，无法完成生长过程中对特定晶面的吸附。因此，现阶段以该方法制备铂纳米颗粒不涉及封端剂的参与，颗粒形状多为单一的球形或线形，难以实现其他形状种类。上述问题不单阻碍了嵌段共聚物自组装模板法在多构型多功能铂纳米颗粒制备方面的应用，更限制了一种高均匀高重复性特殊形状铂纳米颗粒制备技术的发展可能性。

发明内容：