[发明专利]一种基于配体自组装制备贵金属气凝胶的方法

说明书

本发明公开了一种基于配体自组装制备贵金属气凝胶的方法，将谷氨酸衍生物接枝在贵金属纳米材料表面，通过功能化贵金属纳米材料在不同溶剂中的自组装作用形成稳定凝胶，经干燥后得到贵金属气凝胶，上述的谷氨酸衍生物的结构式为或式中x、y、z各自独立的代表7～13的整数。本发明贵金属气凝胶的制备方法简便且条件温和，而且通过调节配体连接臂的长短和作用位点的数量可实现胶凝行为的调控，调节功能化贵金属纳米材料与溶剂的比例可实现材料密度的调控。本发明方法制备的贵金属气凝胶用于电催化析氢的活性较高。

技术领域

本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种以功能配体分子自组装制备贵金属气凝胶的方法。

背景技术

自20世纪以来，人们对纳米材料的研究逐渐深入，越来越多的贵金属纳米材料被应用于电催化领域。在电催化过程中，绝大部分的研究致力于改善贵金属材料的尺度与形貌。由于大尺寸原因贵金属催化剂内部的表面活性位点不易被暴露，并且传质速度缓慢极大的降低了贵金属的利用率，极大程度降低了纳米材料比表面积大的优势。

贵金属气凝胶因兼具金属纳米材料固有的光电、催化性能和气凝胶低密度、高孔隙率和高比表面积的结构特征而成为气凝胶研究的焦点。根据能带理论、价键理论和配位场理论可知，贵金属纳米材料电子结构的能带模型在电化学催化方面性能优异。其次贵金属材料普遍具有高熔点、良好的化学稳定性和耐腐蚀性，作为电化学催化剂，能够很好的保持催化材料原有的晶体结构、微观形貌和电催化性能。无论从催化性能以及使用寿命而言，铂等贵金属都是目前最好的选择。

目前，最常用的贵金属气凝胶的制备方法为溶胶-凝胶法，但由于其过程调控性差，干燥繁琐，最终会对结构造成较大的破坏。因此亟待发展一种三维多孔的纳米贵金属块材以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服低维贵金属纳米材料传质速度慢、贵金属原子利用率低等缺点，提供一种制备方法简便、反应条件温和的贵金属气凝胶的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：

1、将谷氨酸衍生物接枝在贵金属纳米材料表面，得到功能化贵金属纳米材料。

2、将功能化贵金属纳米材料在有机溶剂中形成稳定凝胶，干燥，得到贵金属气凝胶。

上述的谷氨酸衍生物的结构式为式中x、y、z各自独立的代表7～13的整数。

上述步骤1中，所述的将谷氨酸衍生物接枝在贵金属纳米材料表面的方法为：

(a)将谷氨酸衍生物溶解于四氢呋喃中，在常温搅拌的条件下加入贵金属纳米材料，然后在避光条件下30～40℃搅拌10～12小时，用四氢呋喃反复离心、洗涤3～5次。

(b)将谷氨酸衍生物溶解于四氢呋喃中，在常温搅拌的条件下加入步骤(a)得到的固体产物，然后在避光条件下30～40℃搅拌10～12小时，用四氢呋喃反复离心、洗涤3～5次。

(c)将谷氨酸衍生物溶解于四氢呋喃中，在常温搅拌的条件下加入步骤(b)得到的固体产物，然后在避光条件下30～40℃搅拌10～12小时，用四氢呋喃反复离心、洗涤3～5次，干燥，得到功能化贵金属纳米材料。

上述的贵金属纳米材料为贵金属纳米线、贵金属纳米颗粒、贵金属纳米立方块、贵金属纳米棒中的任意一种，其中所述的贵金属为Au、Ag、Pt中任意一种。

上述步骤2中，优选将功能化贵金属纳米材料超声分散于有机溶剂中，在40～60℃下加热3～5分钟，然后自然冷却至常温，形成稳定凝胶；其中所述功能化贵金属纳米材料与有机溶剂的质量-体积比为15～75mg:1mL，所述的有机溶剂为甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃中任意一种。

上述的有机溶剂为甲苯时，优选功能化贵金属纳米材料与甲苯的质量-体积比为50～75mg:1mL。