一种用于光催化的三角形三元催化剂纳米颗粒及其制备方法与流程

本发明涉及一种用于光催化水解反应催化的具有三角形形状的金-铂-硫化镉三元催化剂纳米颗粒以及制备方法。

背景技术：

在光催化水解反应的催化剂体系中，不同的成分构成，颗粒大小，形状以及结构，都对催化剂最终的催化效率具有巨大的影响。近年来，二元催化剂纳米颗粒甚至三元催化剂纳米颗粒及其制备受到了各方的密切关注，如何制备出合适成分，合适结构的多元催化剂纳米颗粒是该领域的一个重点，也是难点。

技术实现要素：

本发明的目的是制备一种可以高效催化光解水反应的三角形三元催化剂纳米颗粒，所述三元催化剂纳米颗粒具有三角形形状，包括金，铂和硫化镉三元组分，且三个组分之间已经各自之间都有直接接触，以提供多种电子输运通道。

这种用于光催化水解反应的三角形三元催化剂纳米颗粒，包括金，铂和硫化镉三个组分，其重量占比分别为50％，20％和30％，其中金位于所述纳米颗粒的中心，形状为一个正三角形，铂位于正三角形形状的所述纳米颗粒的三个顶角，硫化镉则包覆于所述纳米颗粒三角形除了三个顶角部位的其余外壳部分，三个组分之间在结构上看，没两个组分都是有直接的接触，为整个催化剂纳米颗粒提供了多种电子输运通道，以增强等离子体诱导的局部电场，提高光子捕获，增强电荷分离和运输能力，增加催化剂的催化效率。整个纳米颗粒的形状是一个正三角形，三角形的边长为50纳米，三角形的厚度为10纳米。

制备上述三角形的金-铂-硫化镉三元催化剂纳米颗粒，首先要制备三角形的金纳米颗粒。首先，分别配制浓度为5毫摩尔每升的四氯金酸水溶液2.5毫升，浓度为200毫摩尔每升的氯化十六烷基三甲基铵水溶液25毫升和浓度为100毫摩尔每升的硼氢化钠水溶液300微升，先将2.5毫升四氯金酸水溶液和2.5毫升氯化十六烷基三甲基铵水溶液混合均匀，在激烈搅拌下，加入所述硼氢化钠水溶液，在室温下反应2小时，然后加入剩下的22.5毫升氯化十六烷基三甲基铵水溶液，得到混合液a；另外配制浓度为10毫摩尔每升的氯化十六烷基三甲基铵水溶液1.5毫升和浓度为5毫摩尔每升的四氯金酸水溶液50微升，混合均匀后，加入浓度为100毫摩尔每升的抗坏血酸水溶液50微升，然后加入100微升的混合液a，混合均匀，得到混合液b；同时配制浓度为50毫摩尔每升的氯化十六烷基三甲基铵水溶液10毫升，浓度为5毫摩尔每升的四氯金酸水溶液150微升，浓度为10毫摩尔每升的碘化钠水溶液80微升，混合均匀，加入浓度为100毫摩尔每升的抗坏血酸水溶液100微升，然后在激烈搅拌下加入1.3毫升混合液b，停止搅拌，反应1小时，离心分离并清洗，得到正三角形的金纳米颗粒。

然后，在金纳米颗粒的三个顶角上沉积三个铂的纳米颗粒。将0.05毫克上述步骤制备得到的金纳米颗粒分散于5毫升水中，分别加入浓度为10毫摩尔每升的碘化钠水溶液100微升，浓度为50毫摩尔每升的溴化十六烷基三甲铵水溶液20毫升，浓度为5毫摩尔每升的硝酸银水溶液30微升以及浓度为100毫摩尔每升的抗坏血酸水溶液500微升，混合均匀，并将反应温度由室温调节为68摄氏度，然后加入浓度为5毫摩尔每升的六氯合铂酸钾水溶液100微升，保持反应温度不变，反应5小时，离心分离并清洗，得到金-铂二元纳米颗粒。在这个步骤中，铂纳米颗粒选择性的沉积在三角形金纳米颗粒的三个顶角是因为在反应过程中这个位置所包覆的溴化十六烷基三甲铵分子最少。

最后，在金纳米颗粒表面除了铂纳米颗粒包覆的其余部分沉积硫化镉纳米外壳。将0.05毫克上述步骤制备得到的金-铂二元纳米颗粒分散于5毫升水中，分别加入浓度为300毫摩尔每升的溴化十六烷基三甲铵水溶液300微升，浓度为300毫摩尔每升的抗坏血酸水溶液300微升，浓度为300毫摩尔每升的六亚甲基四胺水溶液300微升，浓度为10毫摩尔每升的硫代乙酰胺水溶液40微升，浓度为10毫摩尔每升的乙酸镉水溶液30微升，混合均匀，并将反应温度由室温调节为80摄氏度，在氮气保护下反应7小时，离心分离并清洗，最终得到三角形的金-铂-硫化镉三元纳米颗粒。在这个步骤中，硫化镉纳米颗粒选择性沉积生长于金的表面是因为硫化镉晶格大小与金晶格大小的差异要远远小于硫化镉晶格大小与铂晶格大小的差异。

附图说明

图1是本发明所述三角形三元催化剂纳米颗粒的结构示意图

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种三角形的金-铂-硫化镉三元催化剂纳米颗粒，包括金1，铂2和硫化镉3三个组分，其重量占比分别为50％，20％和30％，其中金位于所述纳米颗粒的中心，形状为一个正三角形，铂位于正三角形形状的所述纳米颗粒的三个顶角，硫化镉则包覆于所述纳米颗粒三角形除了三个顶角部位的其余外壳部分。整个纳米颗粒的形状是一个正三角形，三角形的边长为50纳米，三角形的厚度为10纳米。

制备上述三角形的金-铂-硫化镉三元催化剂纳米颗粒的步骤包括：

第一，金纳米颗粒的制备：分别配制浓度为5毫摩尔每升的四氯金酸水溶液2.5毫升，浓度为200毫摩尔每升的氯化十六烷基三甲基铵水溶液25毫升和浓度为100毫摩尔每升的硼氢化钠水溶液300微升，先将2.5毫升四氯金酸水溶液和2.5毫升氯化十六烷基三甲基铵水溶液混合均匀，在激烈搅拌下，加入所述硼氢化钠水溶液，在室温下反应2小时，然后加入剩下的22.5毫升氯化十六烷基三甲基铵水溶液，得到混合液a；另外配制浓度为10毫摩尔每升的氯化十六烷基三甲基铵水溶液1.5毫升和浓度为5毫摩尔每升的四氯金酸水溶液50微升，混合均匀后，加入浓度为100毫摩尔每升的抗坏血酸水溶液50微升，然后加入100微升的混合液a，混合均匀，得到混合液b；同时配制浓度为50毫摩尔每升的氯化十六烷基三甲基铵水溶液10毫升，浓度为5毫摩尔每升的四氯金酸水溶液150微升，浓度为10毫摩尔每升的碘化钠水溶液80微升，混合均匀，加入浓度为100毫摩尔每升的抗坏血酸水溶液100微升，然后在激烈搅拌下加入1.3毫升混合液b，停止搅拌，反应1小时，离心分离并清洗，得到正三角形的金纳米颗粒。

第二，金-铂二元纳米颗粒的制备：将0.05毫克上述步骤制备得到的金纳米颗粒分散于5毫升水中，分别加入浓度为10毫摩尔每升的碘化钠水溶液100微升，浓度为50毫摩尔每升的溴化十六烷基三甲铵水溶液20毫升，浓度为5毫摩尔每升的硝酸银水溶液30微升以及浓度为100毫摩尔每升的抗坏血酸水溶液500微升，混合均匀，并将反应温度由室温调节为68摄氏度，然后加入浓度为5毫摩尔每升的六氯合铂酸钾水溶液100微升，保持反应温度不变，反应5小时，离心分离并清洗，得到金-铂二元纳米颗粒。

第三，金-铂-硫化镉三元纳米颗粒的制备：将0.05毫克上述步骤制备得到的金-铂二元纳米颗粒分散于5毫升水中，分别加入浓度为300毫摩尔每升的溴化十六烷基三甲铵水溶液300微升，浓度为300毫摩尔每升的抗坏血酸水溶液300微升，浓度为300毫摩尔每升的六亚甲基四胺水溶液300微升，浓度为10毫摩尔每升的硫代乙酰胺水溶液40微升，浓度为10毫摩尔每升的乙酸镉水溶液30微升，混合均匀，并将反应温度由室温调节为80摄氏度，在氮气保护下反应7小时，离心分离并清洗，最终得到三角形的金-铂-硫化镉三元纳米颗粒。

最后，测试该金-铂-硫化镉三角形三元催化剂纳米颗粒对光解水反应的催化效率。