[发明专利]二十面体金的低温水相制备方法及其葡萄糖电催化氧化

说明书

本发明属于贵金属纳米晶多面体结构设计的技术领域，该发明公开了一种二十面体金的低温水相制备方法及其葡萄糖电催化氧化应用，其特征在于：五重孪晶二十面体金包含30个孪晶界共20个{111}晶面，在葡萄糖电催化氧化应用中表现出色。采用液相湿化学还原法，制备过程包括：分别配置前驱物氯金酸与柠檬酸钠溶液，低温放置；将柠檬酸钠溶液和氯金酸溶液混合搅拌置于冰箱冷藏室内（0‑4℃）。利用低温离心机保持1℃离心洗样获得五重孪晶二十面体金纳米晶。本发明所提供的制备方法简单、绿色环保、生产成本低、便于工业化生产；所制备的二十面体金纳米晶形貌尺寸均一、结晶性好、且具有清洁的表面，有望应用于工业催化领域。

技术领域

本发明涉及一种低温设计多面体贵金属纳米结构的制备方法，利用该方法能够高效、快捷、大规模地制备出五重孪晶二十面体金，属于贵金属纳米催化剂制备的技术领域。

背景技术

相比于Pt、Pd等其他贵金属而言，Au具有较低的价格、独特的生物相容性、高的化学稳定性和较好的催化活性等诸多优良特性，在燃料电池和能源催化领域占据着至关重要的角色。设计高性能的催化剂材料是当前能源催化研究领域的一个热门课题。众所周知，纳米材料的催化性能主要取决于材料中的微观结构和缺陷（包括位错、高指数晶面、亚晶界及晶界等）等因素，通过设计这些微观结构和缺陷，可实现材料组织、改善其性能的目的。因此，相关研究工作者，以实现发展可持续新型能源及实际工业化生产为导向，致力于寻求一种高效、快捷、规模的合成方案。目前，普遍的合成方案为水相化学还原法、多元醇还原法、有机溶剂法和种子生长法等。水相化学还原法因其环境友好性、简便性、普遍性在实际能源应用中备受欢迎。但是，由于五重孪晶二十面体是亚稳态的热力学形貌，在实际合成过程中，科研工作者选择表面活性剂降低表面自由能进而合成二十面体Au纳米晶。如选择PVP为表面活性剂和还原剂，利用热还原的方式合成二十面体Au纳米晶（参考文献1：J. Phys.Chem. B, 2006, 110，4510-45113）；选择NVP为表面活性剂和还原剂，利用热还原的方式合成二十面体Au纳米晶（参考文献2：Chem. Eur. J. 2009, 15, 13181-13187）；选择SDS为表面活性剂，葡萄糖为还原剂室温下直接合成二十面体Au纳米晶（参考文献3：ChemCatChem2012, 4, 1662-1667）；选择PVP为表面活性剂、Au(CN)₂^-为前驱物离子、柠檬酸钠为还原剂室温合成种子溶液，随后利用种子生长法合成二十面体Au纳米晶（参考文献4：Chem. Eur.J. 2012, 18, 4107-4114）。然而，表面活性剂的使用不利于表面活性位点的暴露，影响其催化活性，更不利于发挥其生物相容性的优势。因此，开发一种便捷、大规模的合成方式制备表面清洁的二十面体金纳米晶，对于多面体催化材料具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术存在的问题，开发一种简单绿色、便捷规模的合成方案，利用柠檬酸钠直接动力学还原氯金酸，通过控制反应温度、前驱物浓度，以低温动力学的方式制备表面“清洁”的多重孪晶二十面体金纳米晶。

具体技术方案如下：

首先，分别配置浓度为11毫摩尔每升的氯金酸和9毫摩尔每升的柠檬酸钠，置于0-4℃的冰箱冷藏室半天降温，为实验制备做准备；随后，取5.3毫升的氯金酸和5.2毫升的柠檬酸钠混合于20毫升量程的烧杯中，于冰箱冷藏室内搅拌5分钟；最后，将以上混合溶液静置于冰箱冷藏室中，每隔一段时间取出一定体积的混合溶液低温离心制样。此外，可以通过改变前驱物摩尔比（5:4-5:5）及溶液pH环境，实现尺寸可控的五重孪晶二十面体金纳米晶的制备。

综上所述，本发明一种五重孪晶二十面体金的低温水相制备方法及其葡萄糖电催化氧化应用有以下有益效果：

1.可以制备出尺寸均一的五重孪晶二十面体金纳米晶。这种形貌的金纳米晶具有丰富的孪晶界、表面应变等晶体缺陷，并且表面清洁，可以暴露出更多的活性位点，大大增加其理化性质。