一种Pt@Ag核-壳纳米晶体电催化剂及其制备方法与流程

本发明属于电催化材料领域，具体涉及一种pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂及其制备方法。

背景技术

甘油作为一种很有发展潜力的生物质，可以广泛地从生物柴油和脂肪酸的生产中获得。据报道，每生产一份生物柴油就可以产生三分之一份的甘油副产物。大量的甘油副产物在生物柴油的生产中都没有经过适当的工艺处理，浪费掉了。甘油作为一种生物质，具有很高的综合利用价值，可以转化为多种高附加值产物，如甘油酸，甘油醛等。近年来，对甘油的综合利用研究越来越受到广大科研工作者的青睐。目前，工业生产中对甘油的加工方法主要有直接化学氧化法、发酵法(酶法)和电化学方法，直接化学氧化法采用化学计量氧化剂，如高锰酸盐、硝酸和铬酸等强氧化剂和强酸，这样的生产过程会对环境造成污染。发酵法(酶法)利用微生物的发酵原理，将甘油发酵转化为具有高附加值的三碳产物，但其对产物的选择性较低。而利用电化学方法可以很好地避免直接化学氧化法和发酵法带来的很多缺陷，可以很好的提高产物的选择性和转化率。但是，其方法的前提是要合理设计出高催化活性和高选择性的催化剂。pt作为催化甘油转化过程的标杆性催化剂，在催化剂的合成中具有很好的参考利用价值。迄今为止，已经有很多的催化剂制备方法，例如多元醇辅助还原法、水热合成法、微乳液法等，各有优劣。这些制备方法大多对催化剂的形貌不易控制，很难制备出选择性很好的催化剂。

技术实现要素：

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂的制备方法。本发明方法采用种子介导生长法，以硝酸银、氯铂酸作为前体物，以葡萄糖、柠檬酸作为还原剂，十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)作为结构导向剂，水作为反应溶剂，合成一种尺寸和形貌均一的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)配制浓度为5～20mmol/l的银氨溶液，然后依次加入ctab和葡萄糖溶解均匀得到前驱体溶液；

(2)将步骤(1)所得前驱体溶液在80～180℃下反应，反应完成后冷却至室温，将所得反应液离心后取上清液，得到ag种子溶液；

(3)将pvp和柠檬酸溶解在水中，然后加入步骤(2)所得ag种子溶液，搅拌混匀后升温至60～120℃，加入氯铂酸保温反应2～8h；将所得反应液经洗涤、离心，即得pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂。

优选地，步骤(1)所得前驱体溶液中ctab的浓度为20～100mmol/l，葡萄糖的浓度为1～10mmol/l。

优选地，步骤(2)中所述反应的时间为3～10h。

优选地，步骤(3)中所述pvp和柠檬酸溶解在水中的浓度为：pvp3～6mg/ml，柠檬酸4～25mg/ml。

优选地，步骤(3)中所述氯铂酸以浓度为5～20mmol/l的水溶液加入。

优选地，步骤(3)中所述洗涤是指用饱和氯化钠溶液和去离子水洗涤。

一种pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂，通过上述方法制备得到。

本发明原理为：采用种子介导生长法，以硝酸银、氯铂酸作为前体物，葡萄糖、柠檬酸作为还原剂，十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)作为结构导向剂，水作为反应溶剂，通过反应，合成出尺寸和形貌均一的pt@ag核-壳纳米晶体，可用于利用电化学方法催化氧化甘油生产高附加值产物的催化剂。

本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：

(1)本发明采用种子介导生长法制备pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂，该法工艺简单，原料易得，具有成本低、绿色环保等优点。

(2)本发明制备的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂均呈均一核-壳纳米晶体结构且尺寸一致。

附图说明

图1是本发明实施例3制备的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂的透射电镜(tem)图。

图2是本发明实施例3制备的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂在0.1mkoh+1m甘油溶液中的电氧化cv曲线图，扫速是50mv/s，其中pt/c为标准催化剂。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

(1)称取85mg硝酸银，溶解在去离子水中，得到硝酸银溶液，然后滴加氨水制备得到浓度为5mmol/l的银氨溶液；称取110mgctab，9mg葡萄糖溶解在上述银氨溶液中得到ctab浓度为20mmol/l、葡萄糖浓度为1mmol/l的前驱体溶液。

(2)将步骤(1)所得前驱体溶液转移至反应釜中，在80℃下反应5h，冷却至室温；将所得反应液经过离心后，取上清液作为后续合成pt@ag核-壳纳米晶体的ag种子溶液，待用。

(3)将80mgpvp和100mg柠檬酸依次溶解在24ml去离子水中；待其完全溶解后，加入10ml步骤(2)所得ag种子溶液，搅拌混匀后转移到油浴中，升温至60℃后，将13mg的氯铂酸溶解到5ml去离子水中后加到该反应体系中继续保温反应5h。将所得反应液与饱和氯化钠溶液混合静置6h后，去离子水洗涤离心3次，即得均匀悬浮液状态的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂。

实施例2

(1)称取340mg硝酸银，溶解在去离子水中，得到硝酸银溶液，然后滴加氨水制备得到浓度为20mmol/l的银氨溶液；称取550mgctab，90mg葡萄糖溶解在上述银氨溶液中得到ctab浓度为100mmol/l、葡萄糖浓度为10mmol/l的前驱体溶液。

(2)将步骤(1)所得前驱体溶液转移至反应釜中，在180℃下反应3h，冷却至室温；将所得反应液经过离心后，取上清液作为后续合成pt@ag核-壳纳米晶体的ag种子溶液，待用。

(3)将130mgpvp和600mg柠檬酸依次溶解在24ml去离子水中；待其完全溶解后，加入20ml步骤(2)所得ag种子溶液，搅拌混匀后转移到油浴中，升温至120℃后，将52mg的氯铂酸溶解到5ml去离子水中后加到该反应体系中继续保温反应2h。将所得反应液与饱和氯化钠溶液混合静置24h后，去离子水洗涤离心3次，即得均匀悬浮液状态的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂。

实施例3

(1)称取170mg硝酸银，溶解在去离子水中，得到硝酸银溶液，然后滴加氨水制备得到浓度为10mmol/l的银氨溶液；称取270mgctab，9mg葡萄糖溶解在上述银氨溶液中得到ctab浓度为50mmol/l、葡萄糖浓度为1mmol/l的前驱体溶液。

(2)将步骤(1)所得前驱体溶液转移至反应釜中，在120℃下反应8h，冷却至室温；将所得反应液经过离心后，取上清液作为后续合成pt@ag核-壳纳米晶体的ag种子溶液，待用。

(3)将100mgpvp和500mg柠檬酸依次溶解在24ml去离子水中；待其完全溶解后，加入15ml步骤(2)所得ag种子溶液，搅拌混匀后转移到油浴中，升温至90℃后，将26mg的氯铂酸溶解到5ml去离子水中后加到该反应体系中继续保温反应3h。将所得反应液与饱和氯化钠溶液混合静置12h后，去离子水洗涤离心3次，即得均匀悬浮液状态的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂。

本实施例制备的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂的透射电镜(tem)图如图1所示。由图1可见，本发明所得pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂均呈均一核-壳纳米晶体结构且尺寸一致。所得pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂在0.1mkoh+1m甘油溶液中的电氧化cv曲线图如图2所示，扫速是50mv/s，其中pt/c为标准催化剂。由图2可见，本发明所得pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂相比pt/c标准催化剂，其催化甘油氧化的电流显著提高。

实施例4

(1)称取120mg硝酸银，溶解在去离子水中，得到硝酸银溶液，然后滴加氨水制备得到浓度为7.06mmol/l的银氨溶液；称取220mgctab，30mg葡萄糖溶解在上述银氨溶液中得到ctab浓度为40.74mmol/l、葡萄糖浓度为3.33mmol/l的前驱体溶液。

(2)将步骤(1)所得前驱体溶液转移至反应釜中，在100℃下反应10h，冷却至室温；将所得反应液经过离心后，取上清液作为后续合成pt@ag核-壳纳米晶体的ag种子溶液，待用。

(3)将130mgpvp和600mg柠檬酸依次溶解在30ml去离子水中；待其完全溶解后，加入20ml步骤(2)所得ag种子溶液，搅拌混匀后转移到油浴中，升温至120℃后，将39mg的氯铂酸溶解到5ml去离子水中后加到该反应体系中继续保温反应2h。将所得反应液与饱和氯化钠溶液混合静置10h后，去离子水洗涤离心3次，即得均匀悬浮液状态的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂。

实施例5

(1)称取200mg硝酸银，溶解在去离子水中，得到硝酸银溶液，然后滴加氨水制备得到浓度为11.76mmol/l的银氨溶液；称取440mgctab，18mg葡萄糖溶解在上述银氨溶液中得到ctab浓度为81.48mmol/l、葡萄糖浓度为2mmol/l的前驱体溶液。

(2)将步骤(1)所得前驱体溶液转移至反应釜中，在150℃下反应8h，冷却至室温；将所得反应液经过离心后，取上清液作为后续合成pt@ag核-壳纳米晶体的ag种子溶液，待用。

(3)将100mgpvp和200mg柠檬酸依次溶解在30ml去离子水中；待其完全溶解后，加入20ml步骤(2)所得ag种子溶液，搅拌混匀后转移到油浴中，升温至100℃后，将39mg的氯铂酸溶解到5ml去离子水中后加到该反应体系中继续保温反应4h。将所得反应液与饱和氯化钠溶液混合静置24h后，去离子水洗涤离心3次，即得均匀悬浮液状态的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂。

实施例6

(1)称取340mg硝酸银，溶解在去离子水中，得到硝酸银溶液，然后滴加氨水制备得到浓度为20mmol/l的银氨溶液；称取110mgctab，27mg葡萄糖溶解在上述银氨溶液中得到ctab浓度为20.37mmol/l、葡萄糖浓度为3mmol/l的前驱体溶液。

(2)将步骤(1)所得前驱体溶液转移至反应釜中，在100℃下反应6h，冷却至室温；将所得反应液经过离心后，取上清液作为后续合成pt@ag核-壳纳米晶体的ag种子溶液，待用。

(3)将120mgpvp和500mg柠檬酸依次溶解在30ml去离子水中；待其完全溶解后，加入15ml步骤(2)所得ag种子溶液，搅拌混匀后转移到油浴中，升温至90℃后，将26mg的氯铂酸溶解到5ml去离子水中后加到该反应体系中继续保温反应3h。将所得反应液与饱和氯化钠溶液混合静置12h后，去离子水洗涤离心3次，即得均匀悬浮液状态的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂。

实施例7

(1)称取85mg硝酸银，溶解在去离子水中，得到硝酸银溶液，然后滴加氨水制备得到浓度为5mmol/l的银氨溶液；称取270mgctab，90mg葡萄糖溶解在上述银氨溶液中得到ctab浓度为50mmol/l、葡萄糖浓度为10mmol/l的前驱体溶液。

(2)将步骤(1)所得前驱体溶液转移至反应釜中，在120℃下反应3h，冷却至室温；将所得反应液经过离心后，取上清液作为后续合成pt@ag核-壳纳米晶体的ag种子溶液，待用。

(3)将90mgpvp和500mg柠檬酸依次溶解在30ml去离子水中；待其完全溶解后，加入20ml步骤(2)所得ag种子溶液，搅拌混匀后转移到油浴中，升温至80℃后，将26mg的氯铂酸溶解到5ml去离子水中后加到该反应体系中继续保温反应5h。将所得反应液与饱和氯化钠溶液混合静置24h后，去离子水洗涤离心3次，即得均匀悬浮液状态的pt@ag核-壳纳米晶体电催化剂。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。