一种温和条件下不同粒径金属钌纳米粒子的可控合成方法
【专利摘要】本发明提供了一种在常温下不同粒径金属钌纳米粒子的可控合成，具体为：将Ru3+与保护剂聚乙烯吡咯烷酮按一定配比溶解在正丙醇中，形成高分子保护的钌配合物。再加入一定浓度的NaOH溶液调节pH，通过调节加入NaOH的量，在常温下水浴搅拌得到不同粒径的钌纳米粒子。该方法合成的钌纳米粒子粒径可控，条件温和，工艺简单，绿色环保。
【专利说明】
一种温和条件下不同粒径金属钌纳米粒子的可控合成方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种可在常温下制备粒径可控的钌纳米粒子的研究，属于纳米功能材料领域。
【背景技术】
[0002]钌纳米材料由于其独特的物理和化学属性以及在化学催化领域和燃料电池等领域的广泛应用受到了人们广泛地研究，许多实验证据已证明了钌纳米材料的催化效率和选择性高度依赖于其尺寸，因此制备不同粒径钌纳米结构材料具有重大的意义。
[0003]目前，已报道的钌纳米粒子的制备大多是利用多元醇作为还原剂，在高温、高压的条件下反应，耗能且对实验设备的要求较高，合成条件苛刻，因此从绿色节能的角度看，有必要在温和条件下制备出I了纳米粒子。传统方法制备的I了纳米粒子粒径较小，普遍在I Onm以下，远远不能满足不同领域对不同粒径的钌纳米的需求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种在温和条件下不同粒径纳米钌的可控合成，该方法工艺简单、经济、环保。
[0005]本发明的技术方案:温和条件下可控制备不同粒径钌纳米粒子。通过加入不同量的NaOH改变反应体系的pH，从而得到不同粒径的钌纳米粒子。pH对于纳米粒子粒径是个很重要的影响因素，增加PH能提高正丙醇的还原性，动力学上改变颗粒的成核和生长过程，导致成核阶段速率快，产生的晶种数目增加，在成核阶段就消耗很多Ru离子，因此使得可供生长阶段消耗的Ru离子减少，同时这些少量的Ru离子分给数目众多的晶种，直接导致合成的颗粒减小。反之，低PH条件下成核阶段速率慢，产生的晶种数目减少，导致可控生长阶段消耗的Ru离子增加，大量的Ru离子分给数目较小的晶种，导致颗粒粒径增加。
[0006]具体工艺步骤:前驱体为RuCl3.ηΗ2θ，络合剂为聚乙烯吡咯烷酮，两者的单体的摩尔比为1:10。在超声下将两者溶解一定体积的正丙醇中，正丙醇作为溶剂和还原剂，用一定浓度的NaOH溶液调节体系pH，整个反应体系在常温下水浴搅拌，直至反应完全。
[0007]本发明的有益效果:制备的钌纳米粒子粒径大小可控，尺寸分布均匀，分散性好；且此方法反应条件易于操作、条件温和，为可控钌纳米粒子的制备提供一种简便方法。
【附图说明】
[0008]图1为50nm钌纳米粒子的透射电子显微镜图
[0009]图2为30nm钌纳米粒子的透射电子显微镜图
[0010]图3为20nm钌纳米粒子的透射电子显微镜图[0011 ]图4为1nm钌纳米粒子的透射电子显微镜图
【具体实施方式】
[0012]实施例1:
[0013]按Ru3+:PVP单体摩尔比为1:10，分别称取0.0123gRuCl3.ηΗ20和0.0555g PVP，在超声下将两者充分溶解在1mL正丙醇中，形成高分子保护的钌配合物，此时溶液pH约为3。将上述混合溶液倒50mL圆底烧瓶中，在水浴下常温快速搅拌1h，溶液从棕红色最终变为棕黄色，即反应完成。按原液与沉淀剂丙酮1:3混合后离心分离，8000转/min离5min后，取沉淀用水洗涤。反复用丙酮和去离子水洗涤3-5次，沉淀是粒径为50nm钌纳米粒子(如图1所示)。
[0014]实施例2:
[0015]按Ru3+:PVP单体摩尔比为1:10，分别称取0.01238 RuCl3.ηΗ20和0.0555g PVP，在超声下将两者充分溶解在1mL正丙醇中，形成高分子保护的钌配合物，此时溶液pH约为3。在高速搅拌下逐滴现配的IM NaOH，当加入总量为60uL，此时pH约为5。将上述混合溶液倒50mL圆底烧瓶中，在水浴下常温快速搅拌1h，溶液从棕红色最终变为棕黄色，即反应完成。按原液与沉淀剂丙酮1:3混合后离心分离，8000转/min离5min后，取沉淀用水洗涤。反复用丙酮和去离子水洗涤3-5次，沉淀是粒径为30nm钌纳米粒子(如图2所示)。
[0016]实施例3:
[0017]按Ru3+:PVP单体摩尔比为1:10，分别称取0.0123gRuCl3.ηΗ20和0.0555g PVP，在超声下将两者充分溶解在1mL正丙醇中，形成高分子保护的钌配合物，此时溶液pH约为3。在高速搅拌下逐滴现配的IM NaOH，当加入总量为lOOuL，此时pH约为7。将上述混合溶液倒50mL圆底烧瓶中，在水浴下常温快速搅拌1h，溶液从棕红色最终变为棕黄色，即反应完成。按原液与沉淀剂丙酮1:3混合后离心分离，8000转/min离5min后，取沉淀用水洗涤。反复用丙酮和去离子水洗涤3-5次，沉淀是粒径为20nm钌纳米粒子(如图3所示)。
[0018]实施例4:
[0019]按Ru3+:PVP单体摩尔比为1:10，分别称取0.01238 RuCl3.ηΗ20和0.0555g PVP，在超声下将两者充分溶解在1mL正丙醇中，形成高分子保护的钌配合物，此时溶液pH约为3。在高速搅拌下逐滴现配的IM NaOH，当加入总量为200uL，此时PH约为9。将上述混合溶液倒50mL圆底烧瓶中，在水浴下常温快速搅拌1h，溶液从棕红色最终变为棕黄色，即反应完成。按原液与沉淀剂丙酮1:3混合后离心分离，8000转/min离5min后，取沉淀用水洗涤，反复用丙酮和去离子水洗涤3-5次，沉淀是粒径为1nm钌纳米粒子(如图4所示)。
【主权项】
1.本发明为一种温和条件下不同粒径金属钌纳米粒子的可控合成，其特征在于包括以下步骤:按钌前驱体与保护剂按一定配比称取，在超声下将两者充分溶解在一定体积的醇溶液中，醇溶液同时充当溶剂和还原剂。通过加入不同体积的一定浓度的碱性溶液调节PH，在一定温度的水浴下快速搅拌一定时间至反应完成。再加入沉淀剂，混合后离心分离，再用水洗涤。反复几次沉淀洗涤后，取沉淀物，将沉淀物干燥后得不同粒径钌纳米粒子。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于钌前驱体与保护剂单体的摩尔比为1:10。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于保护剂为聚乙烯吡咯烷酮，其K值为30。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所用醇溶液为正丙醇。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于调节PH的溶液为I摩尔/升NaOH。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于反应温度在30摄氏度左右。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于搅拌速度在30-800转/分钟之间。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于反应时间是10小时。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述沉淀剂为丙酮。
【文档编号】B22F9/24GK105945301SQ201610305597
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】赵媛, 罗耀东, 宋启军, 杨亚鑫
【申请人】江南大学