[发明专利]一种钌铂核壳纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种Pt@Ru核壳纳米粒子的制备方法，利用了铂钌两种金属间的协同作用，先制备铂纳米颗粒，然后以铂纳米粒子为催化剂，将第二种金属钌还原，在铂纳米颗粒表面生长钌，从而将铂纳米粒子完全包裹，形成Pt@Ru核壳结构。本发明所述的核壳纳米粒子的制备方法简便，成本低，操作条件温和，所使用的溶剂可以回收。

(一)技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种钌铂核壳纳米粒子的制备方法。

(二)背景技术

第一代核壳结构诞生于20世纪中期，其尺寸大约为37-50μm。由于其优良的性能和广泛的用途，核壳结构越来越受到研究人员的关注。随着研究的深入，核壳结构的尺寸也越来越小。纳米复合材料是将两种及两种以上的材料在纳米尺度上复合或通过其它相互作用将另一种纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构，是更高层次的复合纳米结构。核壳式纳米粒子由中心粒子和包覆层组成，因此复合材料的表面活性被壳改变，常表现出不同于模板核的性能，如不同的表面化学组成、较高的比表面积、稳定性的增加、不同的磁性及光学性质等，所以核壳式复合纳米粒子获得了广泛的关注。且这种结构可产生单组分无法获得的许多新性能，具有比单一纳米粒子更广泛的应用前景。

多年来，人们一直致力于研究制备单分散的、形貌和性质可控的核壳式复合材料的方法。尽管制备核壳式复合材料的方法多种多样.但如何对固相颗粒可控地包覆有序壳层仍然是个技术难点。因为该合成的关键在于既要实现可控有序的包覆，同时又不会引起固相颗粒的凝集，否则团聚会大大限制复合材料的应用。

液相法是制备核壳结构纳米粒子复合材料最常用的方法,但目前该方法往往因溶剂污染、过程繁琐和后处理复杂等问题限制了核壳结构复合粒子的发展与应用。同时随着人们对高性能材料需求的增加,相较于单一功能的核壳结构材料,多重核壳多功能材料的制备变得刻不容缓。在核壳结构纳米复合材料的设计合成中,壳材料并不仅仅充当防止核粒子团聚的“屏障”,更是具有自己独特的性能。为了实现多功能多重核壳结构的制备,一般需进行多步改性过程。如吴超等人对聚合物基体表面和石墨烯表面分别先进行官能团化,再进行多重核壳构筑。但这样往往容易带入杂质和破坏修饰层石墨烯结构,增加导电材料的界面电阻,影响最终性能,且合成效率低下。

因此，由于核壳纳米粒子合成的不可控性，苛刻的合成条件，使核壳结构纳米粒子的制备还存在着巨大的挑战。

专利：CN108565442发明了一种以二硫化铁为核，二硫化钴为壳的核壳结构的制备方法。由于二硫化钴昂贵的价格，因此以廉价的二硫化铁为核，以二硫化钴为壳，将核致密的包裹，从而得到性能优异的核壳结构。本发明的优点：采用水热加热处理的方法，可以提高二硫化钴的合成效率，且可以得到高纯的二硫化钴。本发明缺点：需要较高的反应温度，且第二步中需在含硫氛围下高温处理，因此增加了能耗及安全隐患。

专利：CN108565128发明了一种Cu-Mo-S核壳结构的制备方法。利用Cu(NO₃)₂和Na₂MoO₄在水热条件下与(NH₄)₂S反应，生成CuS和MoS₂，然后在水热条件下，生成的MoS₂包覆在CuS表面，一步得到Cu-Mo-S核壳结构。本发明的优点：采用的反应试剂，原料成本低。且Cu-Mo-S核壳结构纳米复合材料采用水热法一步合成，无需中间步骤。本发明缺点：水热处理的温度都已超过120℃，因此其能耗较大，且存在一些安全隐患。

(三)发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种Pt@Ru核壳纳米粒子的制备方法，其通过先制备Pt纳米粒子，然后再将Ru生长在Pt纳米粒子的表面，形成Pt@Ru核壳结构，且其壳层厚度可以通过加入的RuCl₃·3H₂O的量来调节。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：