本发明涉及空心纳米材料技术领域，具体涉及一种Cu掺杂含量的精确控制方法。
背景技术：
铂空心纳米结构具有大的比表面积及丰富的孔隙结构，微小的组成单元，能够容纳大量的客体分子或尺寸较大的分子，使其具有优异的电催化活性，使其在生物化学、催化学、材料科学等领域具有特殊的应用前景。然而单一的铂空心纳米结构表面性质单一，在催化过程中容易吸附大量的中间产物，造成催化剂中毒，使其电催化活性大大下降。对单一铂空心纳米材料进行铜掺杂可以调控其在催化过程中的表面电荷分布，促进催化点位再生，在减少铂用量的同时提高了其催化活性和抗毒化能力，是一种既经济又有效地方法。Cu2O/Cu氧化还原电对值(-0.36V)比贵金属PtCl62-/Pt(0.735V)要低得多，因此Cu2O可以与PtCl62-发生自发氧化还原反应从而达到在其表面包覆Pt的目的，最后去除Cu2O模板得到基于Cu2O形貌的Pt空心纳米结构。由于酸性条件下Cu+的歧化反应，会在产生铂的同时产生单质铜，从而形成Cu掺杂的Pt空心纳米材料。对于Cu掺杂的Pt空心纳米材料而言，其成分是影响其催化活性最重要的因素。目前在该领域的研究多认为产生的单质Cu为副反应产物，并不能精确控制所形成的Cu掺杂Pt空心纳米材料的成分，因此也就无法实现对其催化活性的控制。寻找一种能精确控制Cu掺杂的Pt空心纳米材料成分的方法就显得尤为重要。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种精确控制Cu掺杂Pt空心纳米材料中Cu含量的方法，从而实现对其催化活性的控制。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精确控制Cu掺杂Pt空心纳米材料中Cu含量的方法，包括以下步骤：(1)将Cu2O均匀分散于水中，在20-25℃搅拌条件下加入含有PtCl62-的水溶液，加入的PtCl62-与Cu2O的摩尔比为1.5-2.5∶1，调节体系的pH值为4.5-5.5；(2)将步骤(1)的体系以1℃/min的升温速率加热至60℃，在此温度下反应10-180min；(3)反应完成后去除Cu2O核，得到Cu掺杂的Pt空心纳米材料。进一步，所述Cu2O为立方结构的Cu2O。进一步，所述立方结构的Cu2O由以下方法制备：在50-60℃搅拌条件下，往CuCl2溶液中加入过量的NaOH溶液反应0.5-1h，然后再滴加抗坏血酸溶液，反应3-4h后离心，再分别用水和乙醇清洗，最后真空干燥，得到立方结构的Cu2O。进一步，所述步骤(1)中，含有PtCl62-的水溶液为H2PtCl6水溶液。进一步，所述步骤(3)中，反应完成后将产物在4000-10000转条件下离心2-5min，加入18％-25％的氨水络合去除Cu2O核，得到Cu掺杂的Pt空心纳米材料。本发明的有益效果在于：本发明通过控制制备过程中的原料配比、pH值、加热条件、反应时间等关键参数，来实现对Cu掺杂的Pt空心纳米材料中Cu含量的控制，从而控制和调节其催化性能。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。根据Cu2O形貌和尺寸的多样性，可以设计和合成不同结构的Cu掺杂的Pt空心纳米材料，以下实施例以立方结构的Cu2O为例。以下实施例用到的立方结构的Cu2O由以下方法制备：在55℃搅拌条件下，向100ml浓度为0.01mol/L的CuCl2溶液中加入10mL浓度为2mol/L的NaOH溶液，反应0.5h后，再缓慢逐滴加入10ml浓度为0.6mol/L的抗坏血酸溶液，反应3h后，离心，分别用水和乙醇清洗，最后40℃真空干燥12h，得到立方结构的Cu2O。实施例1实施例1的Cu掺杂的Pt空心纳米材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将Cu2O均匀分散于水中，在20℃搅拌条件下加入H2PtCl6水溶液，加入的H2PtCl6与Cu2O的摩尔比为2.5∶1，调节体系的pH值为4.5；(2)将步骤(1)的体系以1℃/min的升温速率加热至60℃，在此温度下反应20min；(3)反应完成后将产物在5000转条件下离心5min，加入20％的氨水络合去除Cu2O核，得到Cu掺杂的Pt空心纳米材料。经检测，实施例1制备的Cu掺杂的Pt空心纳米材料中Cu的重量含量为24.8％。实施例2实施例2的Cu掺杂的Pt空心纳米材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将Cu2O均匀分散于水中，在20℃搅拌条件下加入H2PtCl6水溶液，加入的H2PtCl6与Cu2O的摩尔比为2.0∶1，调节体系的pH值为5.0；(2)将步骤(1)的体系以1℃/min的升温速率加热至60℃，在此温度下反应60min；(3)反应完成后将产物在8000转条件下离心5min，加入20％的氨水络合去除Cu2O核，得到Cu掺杂的Pt空心纳米材料。经检测，实施例2制备的Cu掺杂的Pt空心纳米材料中Cu的重量含量为51.1％。实施例3实施例3的Cu掺杂的Pt空心纳米材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将Cu2O均匀分散于水中，在25℃搅拌条件下加入H2PtCl6水溶液，加入的H2PtCl6与Cu2O的摩尔比为1.5∶1，调节体系的pH值为5.5；(2)将步骤(1)的体系以1℃/min的升温速率加热至60℃，在此温度下反应120min；(3)反应完成后将产物在8000转条件下离心5min，加入25％的氨水络合去除Cu2O核，得到Cu掺杂的Pt空心纳米材料。经检测，实施例3制备的Cu掺杂的Pt空心纳米材料中Cu的重量含量为73.6％。本发明通过控制制备过程中的原料配比、pH值、加热条件、反应时间等关键参数，来实现对Cu掺杂的Pt空心纳米材料中Cu含量的控制，从而控制和调节其催化性能。下表举例列出了通过控制上述参数得到的三种不同Cu含量范围的Cu掺杂的Pt空心纳米材料产品。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。