一种Pt@C纳米球的制作方法

本发明属于催化技术领域，尤其涉及一种pt@c纳米球。

背景技术：

贵金属材料本身具有优异的催化性能，而纳米尺寸的贵金属颗粒由于表面缺少原子会产生较多的不饱和键，较易与其他原子结合用以平衡其表面能，因此贵金属纳米颗粒表现出较高的化学活性。同时，贵金属纳米粒子和块体贵金属相比，具有更大的比表面积，即其表面原子暴露的比例更大，暴露的活性位点更多，更易于接触反应物，在催化反应应用中，可以更好的催化反应底物进行化学键断裂或是重构，从而拥有更好的催化活性和更高的选择性。因此，对贵金属纳米材料类催化剂的开发和应用等方面的研究具有十分重要的意义。

目前，研究者一直致力于开发具有高的催化活性以及高利用率的pt类催化剂。随着铂纳米粒子的尺寸减小，其比表面积增大，表面原子数增加，能大大提高其催化性能。但是小尺寸的铂纳米粒子面临着不能稳定存在的问题，即高比表面能导致铂纳米粒子非常容易团聚，易被氧化。因此，制备稳定的小尺寸的铂纳米催化剂是一项非常具有挑战的工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种pt@c纳米球，该方法操作简单、可重复性较高。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种pt@c纳米球，所述pt@c纳米球的外径为80-120nm，包括厚度为30nm的碳壳，铂纳米颗粒粒径约2-5nm，呈团簇状成核。pt@c纳米球的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将1g葡萄糖溶解于20ml去离子水中，加入0.006g质量分数为97％的乙酰丙酮粉末，搅拌分散均匀后将溶液移到水热反应釜中，180℃中水热反应4h；

(2)将产物离心、依次使用去离子水和无水乙醇洗涤、真空干燥后得到pt@c纳米球。

本发明的有益效果是：pt@c纳米球中外壳碳层的存在对贵金属纳米催化剂形成有效保护，避免了纳米催化剂的聚集和氧化，提高了催化剂的活性和稳定性。本方法操作简单，工艺参数可控，可重复性很高。且制备的pt@c纳米球在对硝基苯酚催化加氢制备对氨基苯酚等方面有着广泛的应用。

附图说明

图1中a是pt@c纳米球的sem图片，b、c、d是pt@c纳米球不同倍数的tem图片；

图2是是pt@c纳米球的eds图片；

图3是pt@c纳米球的xrd图片；

图4是pt@c纳米球核壳结构形成过程的扫描电镜图；

图5是pt@c纳米球作为催化剂的催化效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于

本技术：
所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

本实施例采用水热法制备pt@c纳米球步骤如下：

将1g葡萄糖溶解于20ml去离子水中，加入0.006g质量分数为97％的乙酰丙酮粉末，搅拌分散均匀后将溶液移到水热反应釜中，180℃中水热反应4h；将产物离心、依次使用去离子水和无水乙醇洗涤、真空干燥后得到pt@c纳米球，如图1a(扫描电镜图)和图1b、c、d(透射电镜图)所示。

从图1a中可以看到水热法制得的pt@c纳米球形貌均匀，分散性好，粒径约为100nm左右。由于铂元素的原子序数比碳元素的原子序数大而导致两种元素衬度不同，因而扫描电镜图可以看到铂核较碳层明显更亮。图1b中可以更加直观的观察到pt@c纳米球的核壳结构，结合图1c的高倍透射电镜图片可以看到内核为2-5nm的pt纳米粒子团聚形成的纳米簇结构，直径约为50nm左右，外壳为约25nm厚的碳层。从图一d的hrtem图中可以看到明显的晶格条纹，且晶格间距为0.23nm，对应铂的(111)晶面，验证了纳米簇成分为铂元素。

图2为pt@c纳米球的eds谱图，可以看到该结构中含有pt、c元素，谱图中cu元素制样时带入。pt@c纳米球的xrd如图3所示，在39°、46°、68°位置出现三个较强的特征峰，匹配pt的标准卡片(jcpdscardno.04-0802)，分别对应面心立方结构铂的(111)、(200)和(220)三个衍射晶面。说明所制备的pt@c纳米球中具有立方面心立方结构的铂单质，这与图2中的eds表征结果相吻合。

实施例2

本实施例研究pt@c纳米球的形成过程。

乙酰丙酮铂常温下不溶于水，故该反应常温下不能进行，而在反应釜中高温高压的环境下，溶解后的铂离子会被葡萄糖还原形成铂纳米颗粒并进一步团聚，如图4a所示。随着反应的继续进行，葡萄糖会发生碳化，形成多孔碳层包覆在铂纳米团簇周围，且随着反应时间继续增加，碳层逐渐增厚，最终形成核壳结构的pt@c纳米球，如图4b、c所示。

实施例3

本实施例将实施例1制备的pt@c纳米球用于硝基苯酚的催化加氢，具体为：

步骤：配置1mol/l的nabh4(还原剂，还原对硝基苯酚)溶液2ml，5.0×10^-4mol/l的对硝基苯酚(4-np)溶液100ml，取50ml配制好的4-np溶液和1mlnabh4加入到100ml烧杯中,超声均匀后，先取一次样进行紫外吸收测试，做参照物。然后加入3mgag-pt@c纳米球，超声混合均匀进行紫外吸收测试。每隔2min取样2ml，每次取样之后进行紫外吸收测试。

如图5所示，在没有加入pt@c纳米催化剂时，在400nm左右出现一个强的吸收峰，对应对硝基苯酚的吸收特征峰。加入pt@c纳米催化剂后，在300nm左右出现一个新的峰，对应4-硝基苯胺的特征吸收峰。随着时间的增加，对硝基苯酚的特征峰越来越弱，4-硝基苯胺的特征峰越来越强，直到反应进行14min后，曲线基本稳定，说明4-np被彻底催化还原了。该实施例揭示了的pt@c纳米球对于降解有机污染，处理工业废水方面有突出的应用前景。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种Pt@C纳米球及其制备方法，属于催化技术领域。所述Pt@C纳米球以无定型碳球为载体，采用葡萄糖，乙酰丙酮铂混合搅拌均匀，经一步水热法原位还原制得团簇状多核的碳包铂核壳结构；此发明的优点在于外壳碳层的存在对贵金属纳米催化剂形成有效保护，避免了纳米催化剂的聚集和氧化。催化剂制备工艺简单，活性高，稳定性好，可广泛应用于对硝基苯酚催化加氢制备对氨基苯酚。

技术研发人员：张晓波;李宝珍
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2017.05.08
技术公布日：2017.09.08