[发明专利]一种阵列结构的金属纳米框及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种阵列结构的金属纳米框，包括金纳米双锥和外层框体，外层框体包括银原子和金原子，外层框体上均匀分布阵列结构。本发明还公开了一种阵列结构的金属纳米框的制备方法，包括以下步骤：将金属纳米框溶液加入到氯化十六烷基吡啶溶液中，再加入氯钯酸溶液或氯铂酸溶液，以及抗坏血酸溶液；将所得溶液摇匀，在30～90℃烘箱中反应，得到阵列结构的金属纳米框。本发明也公开了上述阵列结构的金属纳米框在光电催化中的应用。本发明所制得的阵列结构的金属纳米框结构纯度高，重复性高，在光电催化、传感、光化学领域都有潜在的应用；制备条件简单，条件温和，可操作性强。

技术领域

本发明属于金属纳米框及其制法与应用，具体为一种阵列结构的金属纳米框及其制备方法与应用。

背景技术

贵金属纳米粒子由于其独特的光学、电场等特性，使得其在催化、电子学、光子学等领域具备广泛的应用价值。近年来的诸多研究结果表明，其物理化学性质与纳米粒子的大小、形状以及表面原子种类有关，因此通过对纳米粒子形貌尺寸以及表面修饰物种的调节均可以达到调节纳米粒子性质的目的。但贵金属价格昂贵，且单质催化金属(铂、钯等)抗毒性弱，稳定性不高。为了克服这些限制，需要通过控制催化剂的结构和大小来实现催化活性和催化金属利用率的提升。近年来，科研工作者们已经开发了很多策略用来提高贵金属纳米晶体的催化活性，降低它们在催化剂中的负载量。由于催化剂的边缘和角落位置通常具有较高的活性，因此合成多孔结构、树状结构、中空结构等是最大化利用边缘催化金属的有效策略，这在很多文献中都有了相关报道(Part Part Syst Char.,2018,35,1800258；Nanoscale,2017,9,18881-18889)。

然而，这些合金结构的合成均较为复杂。为了增强催化剂的稳定性，使用了大量的复杂工艺，并且需要很长时间进行结构演变，处理手段复杂，这大大制约了这种独特的纳米结构的大规模应用(如Science,2014,343,1339-1343)。除此之外，在框结构中，并没有充分利用等离激元金属(如金)的优势，使得该类结构在光催化领域的竞争力受到了制约。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种具有等离激元共振性能、纯度高的阵列结构的金属纳米框，本发明的另一目的是提供一种制备简单、条件温和、可操作性强的阵列结构的金属纳米框的制备方法，本发明的再一目的是提供一种阵列结构的金属纳米框在光电催化中的应用。

技术方案：本发明所述的一种阵列结构的金属纳米框，包括金纳米双锥和外层框体，外层框体包括银原子和金原子，外层框体上均匀分布阵列结构。

进一步地，阵列结构为钯阵列或铂阵列，优选为钯阵列。阵列结构的单个长度为2～5nm。阵列结构的单个长度小于2nm时，催化性能较弱；阵列结构的单个长度大于5nm，阵列生长不均匀，外层框体容易变形。

进一步地，外层框体包括尖部一、尖部二和连接杆，尖部一、尖部二均为正五棱锥并且关于连接杆对称设置，连接杆分别与尖部一、尖部二相连。连接杆的宽度为2～6nm。连接杆的宽度小于2nm时，框体过细，稳定性不高；连接杆的宽度大于6nm时，对结构的等离激元效应影响较大。

上述阵列结构的金属纳米框的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将金属纳米框溶液加入到氯化十六烷基吡啶溶液中，再加入氯钯酸溶液或氯铂酸溶液，以及抗坏血酸溶液；

步骤二，将步骤一所得溶液摇匀，在30～90℃烘箱中反应，得到阵列结构的金属纳米框。

进一步地，步骤一中，表面活性剂氯化十六烷基吡啶的浓度为1～20mmol/L。氯化十六烷基吡啶拥有封端剂与软模版的作用，能够实现均匀间隔沉积阵列结构。十六烷基吡啶的浓度过低或者过高，都会导致阵列的生长不均匀。氯钯酸的浓度为1～5mmol/L，抗坏血酸的浓度为10～30mmol/L。

进一步地，步骤二中，反应时间为0.5～17h。