[发明专利]一种具有高催化活性的金汞合金纳米粒子的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高催化活性的金汞合金纳米粒子的制备方法及其应用，属于纳米电催化材料领域。

背景技术

纳米材料尤其是金、铂等贵金属纳米材料，因其具有与普通材料所不同的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应等特点，使得它们在催化剂领域占有非常重要的地位(Phys.Chem.Chem.Phys.,2007,9,2654–2675；Phys.Chem.Chem.Phys.,2014,16,13583)，在能源、化工等方面显示出巨大的潜在应用价值。

金纳米粒子已经在各种催化反应中受到广泛研究(J Solid State Electrochem,2014,18,3299–3306)，尺寸、组成可控的纳米材料可极大地提高纳米粒子的性能，拓宽其应用领域。已有文献(ChemPhysChem 2004,5,1405–1410)报导通过电沉积的方法合成金汞合金，在金属阳离子(Cr^Ⅲ、Co^Ⅱ、Cd^Ⅱ、Cu^Ⅱ)检测方面有较高的灵敏度，但是该文献公开的方法对金汞合金纳米粒子粒径不可控，无法达到各种应用的要求。还原石墨烯支持的钯金合金纳米链(RSC Adv.,2014,4,52640–52646)显示了良好的氧还原催化活性，但成本较高，不适于大规模生产。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是在于提供一种操作简单、高效，制备形貌规整、尺寸均匀且大小可控，且具有高氧还原催化活性的金汞合金纳米粒子的方法。

本发明的另一个目的是在于提供一种所述金汞合金纳米粒子的应用，将其作为电化学催化剂对氧还原表现出优异的催化活性及良好的催化稳定性。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种具有高催化活性的金汞合金纳米粒子的制备方法，该方法以柠檬酸钠为还原剂通过分步还原氯金酸合成金纳米粒子；将所述金纳米粒子物理负载到玻碳电极表面，得到表面修饰金纳米粒子的玻碳电极；以表面修饰金纳米粒子的玻碳电极为工作电极，置于硝酸汞溶液中，通过循环伏安法得到表面修饰金汞合金纳米粒子的玻碳电极；将表面修饰金汞合金纳米粒子的玻碳电极置于溶液中进行超声剥离，即得金汞合金纳米粒子。

优选的方案，柠檬酸钠分步还原氯金酸合成金纳米粒子的过程为：(1)将氯金酸加入至水中，加热至沸腾，再加入柠檬酸钠溶液，搅拌反应，得到金纳米粒子种子；(2)将所述的金纳米粒子种子加入到煮沸的水中，再依次加入氯金酸和柠檬酸钠溶液，搅拌反应，得到金纳米粒子A1；(3)设定目标金纳米粒子的粒径尺寸，将所述金纳米粒子A1重复(2)过程若干次，使金纳米粒子A1的粒径生长至设定粒径尺寸，即得。

较优选的方案，将浓度为22～28mmol/L的氯金酸350～370μL加入至27～29mL水中后，加热至沸腾，再快速加入浓度为165～175mmol/L的柠檬酸钠溶液180～220μL，搅拌反应至溶液呈宝石红，停止加热，继续搅拌反应25～35min，再加水使溶液总体积为30mL，得到金纳米粒子种子分散液；取4～6mL金纳米粒子种子分散液加入到85～92mL煮沸的水中，再加入浓度为22～28mmol/L的氯金酸530～550μL和浓度为165～175mmol/L柠檬酸钠溶液850～950μL，停止加热，继续搅拌反应55～65min，加水使溶液总体积为100mL，得到金纳米粒子A1分散液；取18～22mL金纳米粒子A1分散液加入到煮沸的水中，再加入浓度为22～28mmol/L的氯金酸470～490μL和浓度为165～175mmol/L的柠檬酸钠溶液750～850μL，停止加热，继续搅拌55～65min，加水使溶液总体积为100mL，得到金纳米粒子A2分散液；取48～52mL金纳米粒子A2分散液加入到煮沸的水中，加入浓度为22～28mmol/L的氯金酸290～310μL和浓度为165～175mmol/L的柠檬酸钠溶液480～520μL，停止加热，继续搅拌55～65min，加水使溶液总体积为100mL，得到金纳米粒子A3分散液；重复金纳米粒子A3分散液的合成过程两次，依次得到金纳米粒子A4分散液和金纳米粒子A5分散液。

进一步优选的方案，金纳米粒子A1粒径尺寸为36～46nm。

进一步优选的方案，金纳米粒子A2粒径尺寸为57～67nm。

进一步优选的方案，金纳米粒子A3粒径尺寸为72～82nm。

进一步优选的方案，金纳米粒子A4粒径尺寸为86～96nm。

金纳米粒子A5粒径尺寸为100～110nm。