[发明专利]一种镍铂核壳纳米结构材料、合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种镍铂核壳纳米结构材料、合成方法和应用，属于纳米材料科学领域，将镍盐与表面活性剂、还原剂以及铂盐加入溶剂中，然后在175～210℃下静置至体系中金属盐被还原，制得镍模板纳米材料；向铂盐中加入过量配体，使铂盐完全配位，静置至澄清透明的无色或淡黄色溶液，制得铂前驱体溶液；在镍模板纳米材料中加入表面活性剂、还原剂以及铂前驱体溶液，然后在120～180℃搅拌至铂被还原，制得镍铂核壳纳米材料本发明合成方法通过配体的引用实现了铂盐与镍模板之间置换反应的有效抑制，成功合成壳层厚度可控的镍铂核壳纳米材料，本发明的制备方法简单，产率高，可控性好，产物结构均一，其所制备六方相镍铂核壳纳米材料在电解水制氢中有优越的性能。

技术领域

本发明属于纳米材料科学领域，特别涉及一种镍铂核壳纳米结构材料、合成方法和应用。

背景技术

贵金属纳米材料尤其是铂纳米晶在燃料电池、能源催化及汽车尾气处理等领域具有不可替代的作用。由于铂在地壳中的储量较低，如何提高催化活性，降低贵金属的用量和成本，一直是该类材料研究中的重要课题。为此，人们发展了多种策略，如晶面调控、非贵金属掺杂、超小尺寸控制及开放骨架结构的合成等。其中，通过模板法合成超薄贵金属纳米壳层具有以下显著优点：易重复、易大量生产，既继承了模板的晶面结构，又减少了贵金属的使用量，还可通过核壳之间的协同作用进一步提升贵金属的催化活性。例如，夏幼南课题组以钯纳米晶为模板制备出超薄铂纳米壳层材料；我们团队以银纳米晶为模板制备出超薄铂纳米片和纳米带材料。这些材料具有可控晶面和超薄结构，在电催化应用中表现出优异的催化活性。然而，钯和银在地壳中的丰度仍然较低，价格较高，因此这些材料仍然具有较高的制备成本。以廉价的非贵金属材料镍为模板制备形貌、晶面及厚度可控的超薄贵金属纳米材料可进一步降低该类催化剂的制备成本。另外，这些非贵金属模板的使用可引入新的核壳金属间协同效应，为其催化性能的提升带来新的可能性。

由于非贵金属(如镍、铜等)纳米晶具有非常活泼的化学性质，它们极易发生氧化反应，也极易与贵金属盐发生置换反应。因此，以非贵金属纳米晶为模板制备贵金属超薄壳层结构成为一项重要挑战，鲜有文献报道。

总结上述现有技术存在的缺点：以钯和银为模板，制备核壳纳米材料，成本高，相结构与应力调节受限，电子效应不显著，催化剂活性受限。这些缺点的存在严重阻碍了铂催化剂的工业化及应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镍铂核壳纳米结构材料合成方法和应用，实现贵金属在这些非贵金属纳米晶表面可控的外延生长，形成超薄壳层的双金属核壳结构；该方法操作简单，产率高，可控性好，重复性高，适合大规模生产；将该方法制得的镍铂核壳纳米结构材料的结构均一、铂原子层厚度可控、应力和相结构可控；该镍铂核壳纳米结构材料在电解水制氢中有优越的性能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种镍铂核壳纳米结构材料合成方法，包括以下步骤：

制备镍模板纳米材料

将镍盐与表面活性剂、还原剂以及铂盐加入溶剂中，使反应体系中氯铂酸和非贵金属盐的浓度为1×10^-5mol/L～4×10^-2mol/L，然后在175～210℃下静置至体系中金属盐被还原，制得镍模板纳米材料；

配置铂前驱体溶液

向铂盐中加入过量配体，使铂盐完全配位，静置至澄清透明的无色或淡黄色溶液，制得铂前驱体溶液；

制备镍铂核壳纳米结构材料

在镍模板纳米材料中加入表面活性剂、还原剂以及铂前驱体溶液，然后在120～180℃搅拌至铂被还原，制得镍铂核壳纳米材料。

所述镍盐为氯化镍、硝酸镍、甲酸镍、乙酰丙酮镍或硫酸镍。

所述溶剂为油胺、十八烯及醇类溶剂。

所述配体为油胺、油酸或三辛基膦。