[发明专利]一种超活性纳米钯颗粒的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钯纳米颗粒催化剂的制备方法，具体的说，就是利用纳米颗粒外包裹剂和温度控制相配合的方法，制备一种内部结构富含缺陷且较为稳定的钯纳米颗粒，这种纳米颗粒由于具有高含量的缺陷，所以在电催化等方面具有潜在的应用价值，属于催化剂材料领域。

背景技术

近十年来，对钯纳米颗粒的形态可控合成在科学界引起了很多关注，主要因为通过形态变化，可以有效的控制纳米颗粒的催化、光学、电学、磁学等性质。模板指导合成、电化学合成以及化学合成等技术都应用于此，但是钯纳米颗粒的形貌只局限于球形、立方体、四面体、八面体、线或者棒结构等等，放射形结构的成果很少，更没有在放射形结构内部还存在由于大量缺陷导致的较高内部能量的研究。

放射形结构，由于其存在大量的晶格边界，在表面具有大量的比表面能，而由于弛豫和重新晶化作用，往往这种结构很难维持较长时间，所以在实际应用方面，尤其是催化方面较少涉及。在本专利中，丙酮的温度作为形成超活性纳米颗粒的关键因素而被讨论。原反应液在温度突然降低和丙酮导致的聚乙烯基吡咯烷酮溶解度的突然下降，使得聚乙烯基吡咯烷酮呈聚集状态，同时也使得纳米颗粒中由于结晶不完整而形成高含量的缺陷。聚乙烯基吡咯烷酮的聚集导致了在其内部包裹的纳米颗粒的堆积。同时，由于纳米颗粒表面存在有空间阻碍作用的碘苯，使得这种堆积作用更加明显。在之前的研究中，碘苯中的碘基已经被发现能有效的与钯纳米颗粒相结合，从而在本专利中，碘苯在用来促进纳米颗粒的堆积的同时也能保护已经形成的缺陷结构。

发明内容

本发明提供了一种制备钯纳米颗粒催化剂的方法并拓宽了制备相关纳米颗粒的方法。

本发明创新使用碘苯作为表面修饰剂，利用其既能有效的吸附金属纳米颗粒，又能利用其苯基提供有效的空间阻碍效应，在冰冻的丙酮所导致的反应液温度和聚乙烯基吡咯烷酮溶解度突然下降的共同作用下，形成较为稳定的，内部和表面都具有高含量缺陷的钯纳米颗粒。本方法具有工艺简单，操作方便，形貌可控，应用范围广等特点，有潜在的应用价值。

本发明采用如下技术方案：

1.一种制备Pd纳米颗粒催化剂的方法，包括催化剂载体的制备、产物分离、洗涤工艺过程，其特征在于包括以下几个步骤：

(1)首先将聚乙烯基吡咯烷酮和碘苯溶于100℃的乙二醇溶液中；

(2)然后向反应体系中加入K₂PdCl₄水溶液；

(3)反应后，将反应溶液趁热倒入事先准备好的-30℃丙酮中，随后离心分离，再用乙醇/丙酮的混合溶液洗涤沉淀数次，以除去剩余的乙二醇和过量的聚乙烯基吡咯烷酮，再将沉淀重新溶解于乙醇中。

2.如项1所述制备Pd纳米颗粒催化剂的方法，其特征在于将碘苯作为表面修饰剂，控制其加入量为包裹剂聚乙烯基吡咯烷酮的250倍。

3.如项1所述制备Pd纳米颗粒催化剂的方法，其特征在于将金属的加入量控制为碘苯加入量的1/100。

4.如项1所述制备Pd纳米颗粒催化剂的方法，其特征在于将反应3小时后的溶液趁热加入-30℃丙酮中。

本发明所提供的纳米钯颗粒催化剂的制备方法具有以下优点：

(1)制备的金属纳米颗粒不容易团聚，单分散性很好。

(2)制备所得的钯纳米颗粒在内部和表面都存在高含量的缺陷，而且这些缺陷保持的时间很长，可以利用与实际生产中。

(3)用此方法突破性的利用了碘苯作为表面修饰剂，对以后的相关纳米颗粒制备具有借鉴作用。

本发明可应用于在电催化等方面。

附图说明

图1超活性钯纳米颗粒制备示意图。

图2超活性钯纳米颗粒投射电镜照片。

图3超活性钯纳米颗粒高分辨投射电镜照片。

图4超活性钯纳米颗粒EDS元素分析。

图5在常温空气中放置的超活性钯纳米颗粒投射电镜照片。

具体实施方式

1.首先将一定量的0.4g聚乙烯基吡咯烷酮，0.28mL碘苯溶于100℃的40mL乙二醇溶液中。

2.然后向反应体系中逐滴加入0.025M K₂PdCl₄水溶液1mL。

3.反应3小时之后，将反应溶液趁热倒入事先准备好的-30℃丙酮中，随后离心分离，再用乙醇/丙酮的混合溶液洗涤沉淀数次，以除去剩余的乙二醇和过量的聚乙烯基吡咯烷酮，再将沉淀重新溶解于乙醇中。