[发明专利]四六面体纳米颗粒

说明书

本文提供了制备四六面体纳米颗粒的方法和将所述四六面体纳米颗粒用作氧化催化剂的方法。

美国政府支持声明

本发明是在由能源部(Department of Energy)授予的授权号DE-SC0000989-0002下由政府支持进行的。政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

具有高指数小平面的纳米结构在催化中极为重要，但用于规模化生产所述纳米结构的方式有限(Zhang等人,《今日纳米(Nano Today)》11,661-677(2016)，Tian等人,《物理化学期刊C(J.Phys.Chem.C)》112,19801-19817(2008))。通常使用依赖于小平面稳定配体的相对低通量的电化学方法或相对高通量的液相法来制备所述纳米结构。重要的是，无论粒径和组成如何，此类小平面的原子结构都可以直接影响催化活性(Xia等人,《美国国家科学院院刊(Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A)》110,6669-6673(2013)，Lee等人,《应用化学国际版(Angew.Chem.Int.Ed.)》118,7988-7992(2006))。然而，出于两个原因，限制使用配体来控制颗粒形状。第一，此类药剂的作用尚不十分清楚，并且根据金属类型和期望的颗粒形状需要不同的配体(Wang等人,《美国化学会志(J.Am.Chem.Soc.)》133,1106-1111(2010),Personick等人,《纳米通讯(Nano Lett.)》11,3394-3398(2011))。第二，稳定的配体通常难以去除，并且通过阻断活性位点而对催化活性产生不利影响(Niu等人,《材料化学(Chem.Mater.)》26,72-83(2013))。需要开发一种制备具有高指数小平面的纳米颗粒的直接、无配体且可通用的方法、用于如甲酸氧化等氧化反应的高效电催化剂以及回收废催化剂的方法。

发明内容

本文提供了制备四六面体(“THH”)纳米颗粒的方法，所述方法包括：在存在第二金属的情况下，在500℃到1300℃下将包括第一金属的颗粒加热约0.5小时到约12小时以形成所述THH纳米颗粒；其中所述第一金属包括铂、钯、铑、镍、钴或其组合，并且所述第二金属包括Sb、Bi、Pb、Te或其组合。在实施例中，所述THH纳米颗粒包括高指数小平面。在实施例中，所述THH纳米颗粒包括{210}个小平面、{310}个小平面、其邻近平面或其组合中的一个或多个。在实施例中，所述第一金属是双金属的。在实施例中，所述第一金属包括PtNi、PtCo、PtCu、PdPt、PdAu、PdNi、PdCo、PdCu、RhPt、RhCo、RhNi或其组合。

在实施例中，本文公开的方法是在反应器中执行的，其中所述第二金属定向在所述颗粒的上游并且通过气流携带到所述颗粒。在实施例中，其中气体包括氩气、氮气、氦气、氢气、一氧化碳、二氧化碳或其组合。

在实施例中，将包括所述第一金属的所述颗粒掺入到载体上。在实施例中，所述载体包括二氧化硅、二氧化钛、二氧化铈、氧化铝、氧化锆、氧化铌、氧化锌、氧化铁、氧化钒或其组合。在实施例中，所述载体是导电的。在实施例中，所述导电载体包括炭黑、石墨烯、石墨、碳纳米管、碳纤维、碳化钨或其组合。在实施例中，所述颗粒是通过分解和/或还原所述第一金属的盐而形成的，或所述颗粒是由所述第一金属的金属合金形成的。在实施例中，所述第二金属是通过分解和/或还原所述第二金属的盐而形成的。在实施例中，所述第一金属包括铂。在实施例中，包括所述第一金属的所述颗粒是非THH颗粒。在实施例中，所述第二金属包括Sb。在实施例中，所述第二金属包括Bi。在实施例中，本文公开的方法在不存在有机配体的情况下执行。

本文还提供了将本文公开的所述THH纳米颗粒用作氧化催化剂的方法。在实施例中，所述THH纳米颗粒催化甲酸到CO和/或CO₂的氧化。

附图说明