一种贵金属原子层的制备方法、贵金属催化材料及其应用

本发明涉及贵金属材料，尤其涉及一种贵金属原子层的制备方法、贵金属催化材料及其应用。

背景技术：

1、贵金属，例如铂、银、钯、铑、钌等，因其具备独特的化学活性，在工业催化过程中有着几乎难以替代的作用，但是它们储量有限，价格昂贵，成为掣肘贵金属催化剂在工业生产中应用的主要因素。通常情况下，贵金属通过浸渍法等方式负载在多孔碳或者氧化物载体上，起到催化作用的是占比在20％以下的表界面贵金属原子。出于提高原子利用率角度考虑，可以将贵金属沉积到常规金属材料表面，由表界面贵金属原子在催化过程起作用，同时依靠金属基底支撑贵金属原子层。目前工业主要应用的金属沉积方法主要是电镀和物理气相沉积(physical vapor deposition,pvd)，电镀工艺得到的金属层厚度难以控制在微米级以下，并且电镀过程产生大量废水废气对环境造成污染；pvd对设备要求严格，成本较高，不适合规模化生产。

2、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种贵金属原子层的制备方法、贵金属催化材料及其应用，旨在解决现有贵金属沉积方法制备得到的贵金属层厚度较厚、无法控制在微米级以下的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种贵金属原子层的制备方法，其中，包括步骤：

4、将贵金属盐和有机配体加入到第一溶剂中进行混合，然后加入还原剂，反应后，得到表面结合有有机配体的贵金属纳米颗粒；或，将贵金属盐、第一表面活性剂和有机配体加入到第一溶剂中进行混合，然后加入还原剂，反应后，得到表面结合有有机配体的贵金属纳米颗粒；

5、将所述表面结合有有机配体的贵金属纳米颗粒分散在第二溶剂中，得到贵金属纳米颗粒分散液；

6、将所述贵金属纳米颗粒分散液转移到金属基底上，静置预设时间后，在所述金属基底上制备得到贵金属原子层。

7、可选地，所述贵金属盐中的贵金属包括铂、钯、钌、铑、铱、金、银中的至少一种。

8、可选地，所述有机配体包括含有巯基、炔基、三苯基膦基、四苯基膦基中的至少一种的有机配体。

9、可选地，将所述表面结合有有机配体的贵金属纳米颗粒、第二表面活性剂分散在第二溶剂中，得到贵金属纳米颗粒分散液。

10、可选地，所述第一表面活性剂、第二表面活性剂各自独立地选自聚乙烯吡咯烷酮、季铵盐、氨基酸、氨基酸衍生物中的至少一种。

11、可选地，所述还原剂包括硼氢化钠、抗坏血酸中的至少一种。

12、可选地，所述贵金属纳米颗粒的粒径为1～10nm；

13、和/或，所述贵金属纳米颗粒分散液的浓度为0.05～5mg/ml。

14、可选地，每平方厘米金属基底上转移0.1～0.2ml贵金属纳米颗粒分散液。

15、本发明的第二方面，提供一种贵金属原催化材料，其中，包括采用本发明如上所述的制备方法制备得到的贵金属原子层。

16、本发明的第三方面，提供一种本发明如上所述的贵金属催化材料在催化领域中的应用。

17、有益效果：本发明先将贵金属盐和有机配体加入到第一溶剂中进行混合或先将贵金属盐、第一表面活性剂和有机配体进行混合，然后加入还原剂，进行反应，此过程中，还原剂将贵金属盐还原为贵金属纳米颗粒的同时有机配体结合到贵金属纳米颗粒表面，得到表面结合有有机配体的贵金属纳米颗粒。再将表面结合有有机配体的贵金属纳米颗粒制备成贵金属纳米颗粒分散液，然后转移到金属基底上，静置预设时间，贵金属纳米颗粒分散液在金属基底表面铺展，以单原子层到几个原子层的形式形成在金属基底表面。本发明提供的制备方法在简单的操作条件下即可实现在金属基底表面形成均匀的贵金属原子层，成本低，安全无污染，环境友好，原料利用率高、回收易于实现，不需要复杂的反应装置，可以非常容易地实现规模化制备，对于经济廉价型贵金属催化剂的开发具有重要意义。

技术特征：

1.一种贵金属原子层的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述贵金属盐中的贵金属包括铂、钯、钌、铑、铱、金、银中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机配体包括含有巯基、炔基、三苯基膦基、四苯基膦基中的至少一种的有机配体。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述表面结合有有机配体的贵金属纳米颗粒、第二表面活性剂分散在第二溶剂中，得到贵金属纳米颗粒分散液。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一表面活性剂、第二表面活性剂各自独立地选自聚乙烯吡咯烷酮、季铵盐、氨基酸、氨基酸衍生物中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂包括硼氢化钠、抗坏血酸中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述贵金属纳米颗粒的粒径为1～10nm；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，每平方厘米金属基底上转移0.1～0.2ml贵金属纳米颗粒分散液。

9.一种贵金属催化材料，其特征在于，包括采用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的贵金属原子层。

10.一种如权利要求9所述的贵金属催化材料在催化领域中的应用。

技术总结
本发明公开一种贵金属原子层的制备方法、贵金属催化材料及其应用，制备方法包括步骤：将贵金属盐和有机配体加入到第一溶剂中进行混合或将贵金属盐、第一表面活性剂和有机配体加入到第一溶剂中进行混合，然后加入还原剂，反应后，将得到的表面结合有有机配体的贵金属纳米颗粒分散在第二溶剂中，然后转移到金属基底上，静置预设时间后，在金属基底上制备得到贵金属原子层。本发明提供的制备方法在简单的操作条件下即可实现在金属基底表面形成均匀的贵金属原子层，成本低，安全无污染，环境友好，原料利用率高、回收易于实现，不需要复杂的反应装置，可以非常容易地实现规模化制备，对于经济廉价型贵金属催化剂的开发具有重要意义。

技术研发人员：曹海,朱杰,周鑫,朱春雷,宗郁芬
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12