[发明专利]一种支化钯银铂纳米环及其制备方法

说明书

本发明公开了一种支化钯银铂纳米环及其制备方法。本发明以氯钯酸，硝酸银，氯铂酸作为金属前驱体，抗坏血酸为还原剂，通过置换反应和还原反应一步制备得到一种三金属纳米环。制备的三金属合金纳米粒子为环状形貌，并且表面布满很多台阶原子以及原子缺陷。本发明提供的三金属合金纳米环的制备方法具有条件温和，实验步骤简单，产率高，可大规模生产的特点；得到的产品钯银铂合金纳米环，具有环状形貌和支化结构，纳米粒子表面暴露的大量台阶原子以及缺陷位，可以作为活性位点，有利于提高催化性能。

技术领域

本发明涉及一种贵金属纳米材料及其制备方法，特别涉及一种支化钯银铂纳米环及其制备方法，属贵金属纳米材料技术领域。

背景技术

贵金属纳米材料由于其独特的物理化学性质，如磁性，超导性，催化活性，储氢能力等，在电学、光学、热、催化等领域有着广泛的应用前景。同时，贵金属纳米材料的尺寸，形貌和组成在很大程度上影响着它们的理化性能。因此，合理地调控纳米粒子的组成和形貌一直是纳米材料领域的研究热门。目前为止，各种形貌的贵金属纳米粒子已经被制备出来，如球形，棒状，线状，锥形，立方体等等。

纳米环状形貌和传统的块体材料相比，可以有效地增大比表面积以及暴露更多活性原子。研究表明，只有暴露在表面和边缘的原子才能作为有效的催化活性位点，而在块体内部的原子实际上并不能参与到催化反应中。因此，构筑多孔或支化结构可以降低金属载量，提高原子利用率，增强催化活性。同时最近研究表明多金属的纳米合金相较于双金属或单金属的纳米材料更有利于碳-碳键的裂解，这是因为金属合金的形成导致电子结构发生改变而且不同金属元素之间存在协同作用，从而对醇氧化反应展现出优异的催化活性。

目前，关于双金属纳米环的合成有一些报导，多为模板法两步合成，并且合成的多是实心的单金属或双金属纳米环，鲜有关于多金属支化纳米环合成的文献报道。这是因为不同金属元素之间的晶格常数以及还原电位相差较大，要想成功制备多金属，必须仔细协调不同金属间的还原电位和晶格常数等因素。因此，提供一种条件温和，步骤简单的制备多金属合金支化纳米环状结构的方法具有实际意义。

发明内容

本发明针对现有制备金属纳米环状结构存在的不足，提供一种结构独特，催化性能优异的环状支化钯银铂合金纳米粒子及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种支化钯银铂纳米环的制备方法：将浓度为5～10 mM的氯钯酸溶液、浓度为5～10 mM的硝酸银溶液和浓度为5～10 mM的氯铂酸溶液加入到浓度为5～10 mM的十八烷基三甲基氯化铵溶液中，超声条件下充分混合均匀，再加入浓度为80～100 mM的还原剂抗坏血酸，按摩尔比，十八烷基三甲基氯化铵：氯钯酸：硝酸银:氯铂酸:抗坏血酸为50～100:1～2:0.5～1: 3～6:72～90；在温度为15～20℃的条件下反应，再经离心处理，得到一种具有环状形貌、支化结构、表面暴露有台阶原子和缺陷的钯银铂三金属合金纳米粒子。

在温度为20℃的条件下反应10～14 h，是本发明制备支化钯银铂纳米环的一种优选方案。

本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的一种支化钯银铂纳米环。

按本发明技术方案制备的纳米粒子其形貌为环状结构，其成形的机理是：氯化钯在抗坏血酸作用下优先被还原并进一步催化Ag⁺和Pt⁴⁺的还原形成支化的纳米片，溶液中剩余的Pt⁴⁺一部分与已经形成的Pd和Ag原子发生置换反应，纳米片的中心部分被刻蚀，一部分与置换出的Pd²⁺, Ag⁺共还原并选择性地沉积到边缘区域，最终形成三金属合金纳米环。

由于上述技术方案的实施，本发明的有益效果是：

1.现有技术制备得到的纳米环状粒子多为单金属或双金属的实心纳米环，其制备方法采用的多为模板-刻蚀两步法。本发明采用一步法湿法合成，制备得到一种支化钯银铂三金属合金环状纳米粒子。