[发明专利]一种Rh纳米钉簇及其合成方法

说明书

本发明属于无机纳米材料的制备技术领域，具体公开了一种铑纳米钉簇及其合成方法。该方法以乙酰丙酮铑为前驱体，油胺和乙胺共同作为溶剂、还原剂以及形貌控制剂，聚乙烯吡咯烷酮作为稳定剂，溶剂热法合成得到形貌结构独特的Rh纳米钉簇。本发明所制备的Rh纳米钉簇由12个Rh纳米钉构成，所述Rh纳米钉的钉帽为五棱锥，钉柱为五棱柱，单个Rh纳米钉的长度为25～105nm，宽度为7～15nm；所制备的Rh纳米钉簇粒径均一，比表面积大，原子利用率高，呈现出很好的电催化活性，与传统的Rh催化剂相比，电催化活性明显提高。

技术领域

本发明属于新型纳米材料及其制备技术领域，具体涉及一种Rh纳米钉簇及其合成方法。

背景技术

铂族金属是工业上重要的催化剂，其在一些重要的化学合成中表现出的高催化性能至今仍无法替代。但是，铂族金属的自然资源较为稀有，价格昂贵，使用成本较高；为此，近年来，人们试图采用纳米技术制备不同形貌结构的纳米颗粒，以提高其催化效率，减少其用量，降低使用成本。铂族金属纳米材料的性质与它们的粒径大小和形貌结构密切相关。迄今，铂族金属纳米材料粒径大小的精准调变及其形貌和表面结构的控制合成一直是纳米合成技术的研究热点和挑战性工作。合成方法、还原剂类型、稳定剂类型、形貌控制剂、反应温度、反应压力、反应体系pH、溶剂效应等因素都会影响金属纳米材料的生长反应动力学过程。

铑作为一种重要的铂族金属，由于其自身良好的电子传输能力往往作为一种典型的催化剂应用于加氢还原、环化以及氧化等化学反应之中，表现出高的催化活性和催化选择性。但是，铑由于自身所具有的高表面自由能，从而呈现出较高的热力学不稳定性。因此，Rh纳米颗粒的形貌控制合成一直是该领域的挑战性难题之一。直到2008年人们才以十四烷基三甲基溴化铵为稳定剂采用溶剂热法制备出了Rh相对较为规整的形貌—一种Rh的纳米立方块。迄今，不同形貌的Rh纳米颗粒被成功合成得到，如立方体、正八面体、正十六面体、立方框、凹四面体、超薄纳米片、海星形、山莓状等Rh纳米结构，主要的合成方法为溶剂热法。同时，人们还探索了这些Rh纳米颗粒在热催化或光催化中的催化性能，与商业Rh黑相比，催化活性有较大提高。但相对于其他铂族金属纳米颗粒，所得到的Rh纳米结构仍然较少，主要为二维平面或三维多面体结构；且所得到的Rh纳米颗粒的催化性能仍有待进一步提高。因此，进一步探索新型Rh纳米结构及其合成方法，对于进一步提高其性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中Rh纳米材料形貌结构控制合成的不足，提供一种新形貌的Rh纳米材料及其简便高效的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：

本发明涉及的一种Rh纳米钉簇，由12个Rh纳米钉组成，所述Rh纳米钉的钉帽为五棱锥，钉柱为五棱柱，单个纳米钉的长度为25～105nm，宽度为7～15nm。

本发明还提供了一种上述Rh纳米钉簇的合成方法，具体包括如下步骤：

(1)将一定量的铑前驱体和表面保护剂加入到溶剂中进行混合得混合液，然后将混合液装入带聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中；

(2)将步骤(1)中装有混合液的高压反应釜置于恒温干燥箱中，并将干燥箱的温度升至190～220℃，然后恒温反应一定时间；

(3)反应结束后自然冷却至室温，离心、洗涤、干燥即得Rh纳米钉簇。

优选的，步骤(1)中所述溶剂为乙胺溶液和油胺按体积比1:4～2:3所组成的混合溶剂。

优选的，所述乙胺溶液的质量分数为65％-70％。

优选的，步骤(1)中所述铑前驱体为乙酰丙酮铑。

优选的，步骤(1)中所述表面保护剂为聚乙烯吡咯烷酮。

优选的，步骤(2)中的反应温度为190～200℃，恒温反应时间为8h。