[发明专利]一种溶液中制备贵金属孤原子的方法及应用

说明书

本发明公开了一种溶液中制备贵金属孤原子的方法及应用，其制备方法为：将大环聚醚、一种高氧化态的贵金属化合物和还原剂、水充分混合，溶液中的还原剂将高氧化态的贵金属化合物还原为贵金属孤原子，从而得到能够稳定存在于溶液中的贵金属孤原子。将贵金属孤原子负载在固体介质上，可以得到贵金属孤原子‑固体介质新材料。以贵金属孤原子溶液为原料，可制备合金材料、催化剂等。

技术领域

本发明属于技术发明领域，具体涉及一种溶液中制备贵金属孤原子的方法及应用。

背景技术

贵金属是现代工业和科研中广泛应用的材料。贵金属及其合金具有优良的导电导热性、抗氧化性、耐蚀性以及特殊的磁学和力学性能，被广泛应用于航空、航海、生物医学、钢铁冶炼、石油化工以及电子器械等领域。如Pt-Ir、Pt-Ni合金为常用火花塞材料；Pt-Pd-Rh三元催化剂是处理汽车尾气的主要材料。

贵金属高昂的价格以及制造工艺技术的落后，严重制约了其在各个领域的充分利用。比如在石油催化重整单元的Pt/Al₂O₃催化剂中，Pt是以纳米粒子的形式存在，因而大部分的Pt原子被包藏于内部，无法与反应原料充分接触催化反应，造成了巨大的浪费以及生产成本的大幅度提升。

贵金属孤原子以及原子级别混合的贵金属合金材料为贵金属的充分利用提供了广阔的空间。然而，在溶液中合成贵金属孤原子是十分困难的。因为零价贵金属孤原子不带电荷，相互之间没有静电排斥，且在溶液中运动的自由度要远大于固体表面，所以溶液中零价贵金属孤原子会快速聚集形成团簇或纳米粒子。因此溶液中贵金属孤原子的可控合成一直是科学技术领域的巨大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溶液中制备贵金属孤原子的方法及应用。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种溶液中制备贵金属孤原子的方法：将含有大环聚醚，高氧化态的贵金属化合物前驱体，和还原剂、水充分混合。还原剂将高氧化态的贵金属化合物前驱体还原为贵金属孤原子，从而得到能够在溶液中稳定存在的贵金属孤原子。

所述方法中的贵金属孤原子为铂、钯、铑、铱、钌、锇、金、银中的一种。

所述的贵金属孤原子优选铂和金。

所述的铂孤原子以¹⁹⁵Pt核磁共振化学位移在-2000--4000ppm之间为主要特征。

所述高氧化态的贵金属化合物前驱体为高氧化态的铂化合物前驱体、高氧化态的钯化合物前驱体、高氧化态的铑化合物前驱体、高氧化态的铱化合物前驱体、高氧化态的钌化合物前驱体、高氧化态的锇化合物前驱体、高氧化态的银化合物前驱体或高氧化态的金化合物前驱体。

所述方法中采用的高氧化态的铂化合物前驱体为：氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、氯化亚铂、氯化铂、二乙胺氯化铂、硝酸铂、1,5-环辛二烯二氯化铂、三氯·(乙烯)合铂酸钾、二氯四氨合铂、二腈苯基二氯合铂、二(亚磷酸三苯酯)二氯化铂或四氯铂酸铵中的一种。

所述方法中采用的高氧化态的钯化合物前驱体包括：氯化钯、硝酸钯、氯亚钯酸、二氯化四氨合钯、二氯化二氨合钯、二硝基四氨合钯、醋酸钯、硫酸钯、三氟乙酸钯、乙酰丙酮钯、六氯钯酸钾、六氯钯酸铵、四氨合钯(II)乙酸、四氯钯(II)酸钠、四氯钯(II)酸钾、四氯钯酸铵、四氰基钯(II)酸钾、四溴钯(II)酸钾、新戊酸钯、氰化钯(II)、溴化钯(II)、硫代硫酸钯(II)、碘化钯(II)、磺化钯(II)、1,3-双(二苯基膦)丙烷)氯化钯(II)、(1,5-环辛二烯)二氯化钯(II)、(2,2′-联吡啶)二氯化钯(II)、[1,2-双(二苯基膦)乙烷]二氯化钯(II)、1,4-双(二苯基膦)丁烷-氯化钯(II)或乙二胺氯化钯中的一种。