[发明专利]一种将金属杂化纳米线转化为纳米球的方法及应用

说明书

一种将金属纳米线转化为纳米球的方法，包括：电沉积制备金属杂化纳米线；在制备的金属杂化纳米线中加入前驱体溶液和还原剂，在60℃的条件下反应2h，即得到单金属纳米球。本发明通过调控还原剂种类和前驱体溶液来合成不同几何形貌和化学成分的纳米球。有望用这种通用的方法构筑其它可以将电沉积的纳米线转化为纳米球的纳米材料，应用于未来的高性能的电催化材料和其它纳米科技。该方法制备的纳米球具有粒径均匀且可调控、方法简单且具有普适性、制备周期短且产量高等优点。通过这种高效的制备工艺所合成的金属纳米颗粒在未来的燃料电池催化剂和其它储能材料方面有广泛的应用前景和潜在的学术价值。

技术领域

本发明属于电化学沉积制备纳米材料和纳米结构修饰技术领域。具体涉及在氧化铝模板孔内采用电化学方法电沉积一种杂化纳米线，然后再通过一步还原法将已合成的合金纳米线转化为球状纳米结构的方法。

背景技术

球状的纳米结构具有重要的科学研究价值，可广泛应用于催化、光学、微电子学、磁学以及生物标记等领域。

传统的制备纳米颗粒的方法通常包括化学还原法、水热法、气体蒸发法和溶剂热法等，但是存在制备工艺复杂、制备周期较长等缺点，目前已有采用电化学沉积方法在氧化铝模板内沉积合金纳米线，但是用已制备的纳米线作为基本单元来通过一步还原法转变为球状的纳米结构还未曾有报道。

发明内容

本发明目的是解决传统纳米颗粒制备过程中存在的制备工艺复杂、制备周期较长、产物形貌不均匀等问题，并结合传统的纳米线制备技术提供了一种通用的将金属纳米线转换为纳米球的方法。

本发明通过调控还原剂种类和前驱体溶液来合成不同几何形貌和化学成分的纳米球。有望用这种通用的方法构筑其它可以将电沉积的纳米线转化为纳米球的纳米材料，应用于未来高性能的电催化材料和其它纳米科技。通过对制备的5nm铂纳米颗粒进行电化学测试，我们得出用还原法制备的铂纳米颗粒具有比商业铂碳催化剂活性更高、稳定性更好的性能，有望应用于下一代燃料电池催化剂。

为实现上述目的，本发明公开了如下的技术方案：

一种将金属纳米线转化为纳米球的方法，其特征在于按如下的步骤进行：

（1）电沉积制备金属杂化纳米线；所述的杂化纳米线指的是铂铋杂化纳米线或钯铋纳米线；

（2）在制备的金属杂化纳米线中加入前驱体溶液和还原剂，在60℃的条件下反应2h，即得到单金属纳米球；

所述的前驱体溶液指的是H₂PtCl₆·6H₂O或PdCl₂溶液；

所述的还原剂指的是抗坏血酸或NaBH₄；

所述的单金属纳米球的成分由预先制备的杂化纳米线的成分和前驱体溶液的种类来决定；所述的单金属纳米球的粒径由还原剂的种类调控。

当采用弱还原性的抗坏血酸作为还原剂时，制备的单金属纳米球的粒径为160nm，且表面呈现“须状”结构；当采用强还原性的NaBH₄作为还原剂时，所制备的单金属纳米球的粒径为5nm，且表面粗糙。

当步骤（2）所述的前驱体溶液为H₂PtCl₆·6H₂O，所述的还原剂抗坏血酸时，所得到的单金属纳米球为粒径160nm的铂纳米球，且表面呈现“须状”结构；当采用强还原性的NaBH₄作为还原剂时，所制备的铂纳米球的粒径5nm，且表面粗糙。

本发明所述的单金属铂纳米球的具体制备步骤如下：

(1)氧化铝模板的获得