[发明专利]高活性钯纳米粒子及其制备方法

说明书

高活性钯纳米粒子及其制备方法，属于纳米材料及其制备技术领域。解决了现有技术中钯纳米粒子制备方法复杂、产物活性较低、无法大批量生产的技术问题。本发明的制备方法：先在室温下，将Pd(II)前驱体及钨酸盐分别均匀分散在水中，得到Pd(II)前驱体溶液及钨酸盐溶液；然后将钨酸盐溶液逐滴加入Pd(II)前驱体溶液中，搅拌2～4h，得到均一溶液A；最后将新制还原性溶液逐滴加入溶液A中，搅拌4～6h，得到悬浊液B；经抽滤、水洗、干燥，即得钯纳米粒子。该制备方法简单、经济且环境友好，适合工业化大规模生产；制备得到的钯纳米粒子为球形，尺寸均一、稳定性好、分散性好，且表面清洁无附着物。

技术领域

本发明属于纳米材料及其制备技术领域，具体涉及一种高活性钯纳米粒子及其制备方法。

背景技术

纳米材料由于其独特的尺寸效应及表面效应，在化学、光学、电学、磁学及生物学等各个领域都有着重要应用。钯(Pd)纳米粒子将贵金属Pd独特的物理化学性质与纳米材料的特殊效应相结合，由于具有增大的比表面积及大量暴露的活性原子，在催化Suzuki反应及Heck反应等C-C偶联反应、烯烃加氢反应、CO₂还原反应和燃料电池阳极氧化反应等多相催化领域及储氢、化学传感等方面展现出极大的应用前景。大量研究表明，Pd纳米粒子的活性极易受到其粒径尺寸及表面状态的影响，例如通过物理方法机械粉碎合成的Pd纳米粒子通常粒径大小不一，催化活性较低；以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂通过化学还原法制备得到的Pd纳米粒子表面容易被PVP包覆，使得活性位点丧失，导致材料的性能下降。因此高效制备尺寸均一且表面清洁的Pd纳米粒子成为目前的研究重点。目前，Pd纳米粒子的制备方法主要包括化学还原法、超声还原法、微波合成法、电化学法等方法，例如VismadebMazumder等人以油胺为表面活性剂及还原剂、三乙胺为共还原剂，通过化学还原法制备得到粒径约为4.5nm的Pd纳米粒子(V.Mazumder,S.Sun；Oleylamine-Mediated Synthesis ofPd Nanoparticles for Catalytic Formic Acid Oxidation；Journal of the AmericanChemical Society,2009 131 4588-4589)；Wei Pan等人以PVP为纳米粒子稳定剂，通过电化学方法制备得到了粒径可控的Pd纳米粒子，对碱性环境中的甲醇电氧化反应表现出优异的催化活性(W.Pan,X.Zhang,H.Ma,J.Zhang；Electrochemical Synthesis,VoltammetricBehavior,and Electrocatalytic Activity of Pd Nanoparticles；The Journal ofPhysical Chemistry C,2008 112 2456-2461)；Mehta等人以氯化钯为前驱体、葡萄糖为还原剂、聚乙二醇为稳定剂，通过微波法合成了粒径约5.5nm的Pd纳米粒子(S.K.Mehta,S.Gupta；Time-efficient microwave synthesis of Pd nanoparticles and theirelectrocatalytic property in oxidation of formic acid and alcohols inalkaline media；Journal of Applied Electrochemistry,2011 41 1407-1417)；Nemamcha等以乙二醇及PVP为稳定剂，通过超声还原法得到了形貌较均一的Pd纳米粒子(A.Nemamcha,J.-L.Rehspringer,D.Khatmi；Synthesis of Palladium Nanoparticles bySonochemical Reduction of Palladium(II)Nitrate in Aqueous Solution；TheJournal of Physical Chemistry B；2006 110 383-387)。上述研究表明，为有效避免纳米粒子在合成过程中的聚集，通常需要采用如聚乙二醇、PVP等溶解性较差的高聚物作为稳定剂，这使得制备得到的Pd纳米粒子表面易于被高聚物包覆，导致活性位点减少，性能下降。同时上述Pd纳米粒子的制备方法较为复杂，且制备得到的产物产量有限，无法满足工业化生产的要求，极大限制了Pd纳米材料的大规模应用。