一种花状结构铂纳米材料的制备方法与流程

本发明属于铂纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种花状结构铂纳米材料的制备方法。

背景技术：

贵金属铂纳米材料具有优异的电催化性能，广泛用做燃料电池阳极氧化和阴极氧气还原反应的催化剂。催化剂的性能与其结构、组成、形貌、表面原子分布、尺寸等密切相关，制备出具有合适尺寸、特定形貌以及优异催化性能的铂及铂基合金可以极大的降低燃料电池的成本，推动燃料电池的普及应用。

目前对于铂纳米材料的制备大多是在水相或者油相里，加入表面活性剂或结构导向剂来阻止纳米颗粒团聚并引导纳米晶体的生长。但是有机溶剂和有机保护剂的使用存在很多问题，大多数高毒性和易挥发性的有机溶剂会对环境和人体健康产生严重危害；并且吸附在催化剂粒子表面的有机保护剂分子不易被去除，这些杂质会对催化剂表面活性造成不良影响；此外有机溶剂和有机保护剂的高价格和不可循环性，不利于催化剂的规模化生产和商业化应用。所以开发一种不使用挥发性有毒的有机溶剂和难清洗的有机保护剂的、简单的、方便的、绿色环保的制备方法意义重大。

技术实现要素：

本发明针对以上存在问题，提供了一种花状结构铂纳米材料的制备方法，在koh-naoh熔融盐无机离子液中制备花状结构的铂纳米材料。在制备过程中没有用任何有机溶剂和有机保护剂，不会对环境造成污染，制备的纳米粒子表面非常洁净具有很高的催化活性。同时无机离子液可以回收并多次重复使用，是一种可以广泛使用的绿色制备纳米材料的方法。

为了实现上述目的，本发明由如下技术方案实现的：一种花状结构铂纳米材料的制备方法，包括如下步骤：将koh和naoh混合均匀后，用kno3-lino3混合盐浴为加热热源，naoh-koh混合盐在180℃下完全熔化，搅拌状态下180℃加入铂的有机化合物，升温至200℃或230℃，反应3h，停止反应后，自然冷却，加入蒸馏水溶化固体盐，反复离心、分离、蒸馏水清洗，干燥得到花状结构铂纳米材料。

所述koh和naoh的物质的量比例为：nkoh:nnaoh=0.485:0.515；koh和naoh研磨混合均匀后加入聚四氟乙烯内衬里，naoh-koh混合盐在180℃下完全熔化，然后控制搅拌速度为800-1000转/分。

所述铂的有机化合物为铂的草酸四氨络合物，即pt(nh3)2c2o4，加入量为0.05mm。离心的上层液体可以回收，经过重结晶可以重复使用。

本发明所述方法非常简便，而且在制备过程中没有使用有机的表面活性剂和结构导向剂，完全绿色环保。实验中采用koh-naoh熔融盐无机离子液为反应溶剂，这种按最低共熔点对应配比（物质量比nkoh:nnaoh=0.485:0.515），混合的无机体系在最低共熔点170℃就会熔化为液体，它们本身具有的强碱性促使贵金属有机前躯体在较低的温度发生热分解，同时无机离子液的离子特性会使生成的纳米粒子稳定存在而不发生团聚。由于制备过程没有使用任何有机表面活性剂和结构导向剂，所以产物表面非常清洁，使用前不用经过任何前处理而直接用于电化学催化中，并且具有很高的甲醇电化学催化活性，在催化剂制备及应用领域具有很大的应用前景。

附图说明

图1为实施例1中200℃下制备的铂纳米花状结构的扫描和透射电镜图像以及xrd谱图；图中：a，b分别为1μm和200nm下的扫描电镜图；c，d，e分别为50nm、10nm和2nm下透射电镜图像；f为xrd谱图；

图2为实施例2中230℃下制备的铂纳米花状结构的扫描图像。

具体实施方式

实施例1：将4.12gkoh和5.44gnaoh研磨混合均匀后加入聚四氟乙烯内衬里，使用kno3-lino3混合盐浴为加热热源，使naoh-koh混合盐在180℃下完全熔化，保持搅拌速度为1000-8000转/分，180℃加入草酸四氨合铂17.6mg，升温到200℃，继续反应3小时，停止反应，冷却后，加入蒸馏水溶化固体盐，通过离心分离和多次的清洗，干燥得到铂纳米花状结构。

如图1所示，由a图中扫描照片可以看出产物由尺寸较均匀的纳米花状结构组成，进一步放大的扫描照片显示纳米花尺寸在400-500nm左右（b图）。c-e为铂纳米花的透射照片，由c图可以看出铂纳米花是由中心的花蕊和向四周散开的枝状花瓣组成，放大的透射照片（d图）表明铂纳米花的花瓣是由许多小的纳米片沿长枝方向生长在一起组成。由晶格相的高分辨透射照片（e图）可以看出，相邻晶格线之间的晶面间距为0.223nm，与面心立方结构的铂(111)晶面相对应，而且在同一个纳米片中晶格取向高度一致。f图中铂纳米花的xrd衍射图谱中的衍射峰分别对应于面心立方结构铂的(111)、(200)、(220)、(311)和(222)晶面的标准衍射峰，无其它杂质衍射峰，结果表明所制备铂纳米花为面心立方结构的纯铂。

将产物用作甲醇催化氧化阳极催化剂，采用三电极法在高氯酸溶液(0.1m)中进行cv测试，其活性表面积为3.64m²/g，面积活性为1.23ma/cm²@0.9v，高于市售铂黑的1.08ma/cm²@0.9v，表明产物具有很高的甲醇氧化电化学催化活性。

实施例2：将4.12gkoh和5.44gnaoh研磨混合均匀后加入聚四氟乙烯内衬里，使用kno3-lino3混合盐浴为加热热源，使naoh-koh混合盐在180℃下完全熔化，保持搅拌速度为1000-8000转/分，180℃加入草酸四氨合铂17.6mg，升温到230℃，继续反应3小时，停止反应，冷却后，加入蒸馏水溶化固体盐，通过离心分离和多次的清洗，干燥得到产物。

如图2所示，可以看出产物为类向日葵的花状铂纳米结构，其尺寸在2-3.5μm左右。

技术特征：

1.一种花状结构铂纳米材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：将koh和naoh混合均匀后，用kno3-lino3混合盐浴为加热热源，naoh-koh混合盐在180℃下完全熔化，搅拌状态下180℃加入铂的有机化合物，升温至200℃或230℃，反应3h，停止反应后，自然冷却，加入蒸馏水溶化固体盐，反复离心、分离、蒸馏水清洗，干燥得到花状结构铂纳米材料。

2.根据权利要求1所述的一种花状结构铂纳米材料的制备方法，其特征在于：所述koh和naoh的物质的量比例为：nkoh:nnaoh=0.485:0.515；koh和naoh研磨混合均匀后加入聚四氟乙烯内衬里，naoh-koh混合盐在180℃下完全熔化，然后控制搅拌速度为800-1000转/分。

3.根据权利要求1所述的一种花状结构铂纳米材料的制备方法，其特征在于：所述铂的有机化合物为铂的草酸四氨络合物，即pt(nh3)2c2o4，加入量为0.05mm。

技术总结
本发明属铂纳米材料的制备技术领域，为解决铂纳米材料制备使用有机溶剂和有机保护剂，对环境和人体健康产生严重危害；高价格和不可循环性，不利于规模化生产和商业化应用等问题，提供一种花状结构铂纳米材料的制备方法，用KNO3‑LiNO3混合盐浴为加热热源，KOH和NaOH混合均匀在180℃下完全熔化，搅拌下加入铂的有机化合物，升温至200或230℃，反应3h，自然冷却，加入蒸馏水溶化固体盐，反复离心分离、蒸馏水清洗，干燥得到花状结构铂纳米材料。制备过程未使用任何有机表面活性剂和结构导向剂，产物表面非常清洁，直接用于电化学催化中，有很高的ORR和甲醇电化学催化活性，在催化剂制备及应用领域具有很大的应用前景。

技术研发人员：卢珍;秦君;荆补琴;刘锐;杨堃;赵海东
受保护的技术使用者：山西大同大学
技术研发日：2020.05.27
技术公布日：2020.08.25