[发明专利]一种中空多孔球形铂银合金纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种中空多孔球形铂银合金纳米材料及其制备方法，尤其涉及到一种可用于化学及电化学催化、化学传感器、生物分子传感器、光学信息存储、太阳能电池、药物缓释、靶向给药治疗等的球壳厚度、大小可调，孔径尺寸可控的多孔球形铂银合金纳米材料及其制备方法。

背景技术

贵金属铂由于其具有独特的性能，被广泛应用于工业催化、能源、环境治理等众多领域。尤其在新能源领域，由于燃料电池技术的大量开发和应用，铂作为最主要同时也是最为重要的催化剂，受到了极大的关注。由于金属铂是一种稀缺资源，地球上的探明储量很低，因此以纯铂纳米材料作为燃料电池催化剂就面临着极大的问题。如何在提高或者保持催化剂催化活性的同时有效降低贵金属铂的用量成为了一个重要的问题。

目前已经商业化的铂碳催化剂，主要是直径2～3纳米的贵金属铂纳米颗粒负载于高导电性的碳材料上，尽管该催化剂实现了大规模的工业化并被大量应用于各类研究中，但是依然存在着许多缺陷。如，碳材料的腐蚀溶解造成负载型铂基催化剂中铂纳米颗粒的脱落，铂纳米材料的团聚或长大，都会导致铂碳催化剂的损失，甚至失活；商业铂碳中铂纳米颗粒为具有高活性的小尺寸颗粒，在使用中纳米颗粒的溶解损失也容易造成催化剂的失活。为了解决商业铂碳催化剂所存在的问题，研制具有高活性、低铂载量的铂基纳米材料就显得尤为重要。基于此，美国加州大学Riverside分校Yushan Yan等人首先合成了银纳米线，然后以银纳米线为模板，通过氯铂酸与银纳米线的原位置换反应得到多孔铂纳米管(Chen，Z.；Waje，M.；Li，W.；Yan，Y.Angew.Chem.Int.Ed.2007，46，4060-4063)，这一纳米材料整体上处于较大的纳米尺度，但是其基本组成单元仍为2～3纳米，因此该纳米材料在保持高催化活性的同时有效地解决了铂溶解失活的问题，这一无载体的中空管状铂纳米结构对燃料电池阴阳极铂催化剂的催化性有着明显的提高，同时保持了较高的稳定性。这一方法的缺点在于制备过程比较复杂，存在银纳米线模板的合成及后期模板的去除等问题，且制备产量小。

因此，实现一种快速、简便、规模化合成空心铂基合金纳米催化剂就显得尤为重要。检索表明，能够以一步法合成铂银合金纳米颗粒加腐蚀法制备中空多孔球形铂银合金纳米材料尚未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种快速、简便、规模化合成多孔球壳孔径尺寸可控，球壳厚度、直径大小可调的铂银合金纳米材料及其制备方法

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种中空多孔球形铂银合金纳米材料，所述铂银合金纳米材料为外壳具有多孔、内部为空腔的球形结构，球形结构的直径为5～500纳米，空腔内径为1～400纳米，孔壁厚为1～50纳米，孔径为1～20纳米。

一种中空多孔球形铂银合金纳米材料的制备方法，由下述步骤组成：

(1)按顺序将多元醇、表面活性剂、含卤素无机盐、含铜无机盐混合，混合后表面活性剂的浓度为0.01～5摩尔/升，含卤素无机盐的浓度为0.001～1毫摩尔/升，含铜无机盐的浓度为0.001～1毫摩尔/升，经过搅拌或超声溶解，得混合溶液A；

(2)将无机银盐前驱体加入到上述混合溶液A中，加入后无机银盐前驱体的浓度为0.01～5摩尔/升，经过搅拌或震荡溶解，得混合溶液B；

(3)再向上述混合溶液B中加入无机铂盐前驱体，加入后无机铂盐前驱体的浓度为0.005～2摩尔/升，迅速搅拌溶解均匀，得混合溶液C；

(4)然后将上述制备好的混合溶液C转移至高温高压反应釜内，封上反应釜后置于恒温炉内150～600℃下保持50～1000分钟，然后停止加热；

(5)上述反应停止后，将所得的灰黑色混合液从反应釜转移至离心管内，用乙醇和水清洗并离心分离，即得到铂银合金纳米颗粒；

(6)再将上述铂银合金纳米颗粒重新分散于聚乙烯吡咯烷酮水溶液中配制浓度为0.001～1摩尔/升的铂银合金纳米颗粒分散液；

(7)向上述混合分散液中加入浓硝酸，反应10～360分钟，再用水清洗并离心，所得沉淀物为表面微孔的中空球形结构铂银合金纳米材料；

(8)将上述离心所得的沉淀物重新分散到水中，装入高压反应釜在100～500℃下退火30～360分钟；

(9)最后用水清洗并离心，即得所述中空多孔球形铂银合金纳米材料。