一种铂纳米线晶面在不同介孔金属氧化物晶面的生长机理研究方法

1.本发明涉及纳米材料技术领域，具体为一种铂纳米线晶面在不同介孔金属氧化物晶面的生长机理研究方法。


背景技术：

2.由于铂金属具有非常优异的催化性能，因此市场上对于铂金属的使用有了一定的要求；但是，由于铂金属较为贵重，需要提高铂金属的利用率以降低成本，因此大多将铂金属加工成铂纳米线结构，以提高铂金属的利用率，现有的铂纳米线生产方式大多以介孔结构的金属氧化物为载体生长铂纳米线，在铂纳米线生产中大多需要水热反应法制备，难以控制铂纳米线的生长形态，且现有的铂纳米线材料大多以金属氧化物为载体制备，不同的金属氧化物影响铂纳米线的生长，因此，现阶段发明出一种铂纳米线晶面在不同介孔金属氧化物晶面的生长机理研究方法是非常有必要的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种铂纳米线晶面在不同介孔金属氧化物晶面的生长机理研究方法，以解决上述背景技术中提出铂金属的利用率、铂纳米线生长状态调控以及的不同的金属氧化物对铂纳米线生长影响的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铂纳米线晶面在不同介孔金属氧化物晶面的生长机理研究方法，包括步骤一，建立铂纳米线的生长方法；步骤二，确定载体晶面状态与铂纳米线优势生长晶面的对应关系；步骤三，确定铂纳米线生长反应条件对优势晶面生长的影响关系；步骤四，确定铂纳米线的优势生长晶面；
5.其中上述步骤一中，以水热合成法作为铂纳米线的生长方法，首先，制备金属氧化物氮化钛载体，以氮化钛为核，采用金属盐前驱体，蒸发诱导自组装软模板法制备外壳，根据铈、钛、锆、铌、钨、锰的元素性质，选择在空气中稳定存在的低价金属氧化物作为载体壳层，在软膜板法制备介孔材料过程中，掺杂少量高价金属离子，形成p型半导体，增强载体对氧的吸附能力，或者低价金属氧化物碳化钛载体制备后，在空气氛围一定温度下氧化一定时间，将金属氧化物离子部分氧化为高价离子，以提高p型半导体的空穴导电能力；然后将制得的金属氧化物氮化钛载体、乙二醇和n,n
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二甲基甲酰胺以一定比例混合，超声分散4h，然后将一定量氯铂酸和氢氧化钠，加入前已均匀混合的溶液中，磁力搅拌24h，然后转入聚四氟乙烯衬里高压反应釜，温度170℃持续加热反应，视氯铂酸反应量大小，控制反应时间，产品用乙醇洗涤，得到铂纳米线；
6.其中上述步骤二中，通过扫描电镜、高分辨透射电镜和x射线衍射分别确定步骤一中制备的载体介孔形貌、核壳结构和载体晶面结构；然后通过场发射透射电镜确定铂纳米线晶面结构；然后对比分析铂纳米线载体晶面状态与铂纳米线优势生长晶面的对应关系；
7.其中上述步骤三中，在铂纳米线生长的过程中，改变反应条件，分析确定铂纳米线
在介孔金属氧化物介孔内和在表面的生长规律，利用扫描电镜观察催化剂形貌，确定铂纳米线生长反应条件对铂纳米线优势晶面生长的影响关系；
8.其中上述步骤四中，通过步骤二分析得出的铂纳米线载体晶面状态与铂纳米线优势生长晶面的对应关系和步骤三分析得出的铂纳米线生长反应条件对铂纳米线优势晶面生长的影响关系，分析确定铂纳米线的优势生长晶面。
9.优选的，所述步骤一中，对于钛金属氧化物氮化钛核壳载体的制备，首先将氮化钛在一定温度的浓碱液中，分解为钛的氢氧化物，作为二氧化钛的前驱体，然后以介孔碳作为硬模板，氮化钛和介孔碳经过研磨，均匀混合，加入适量的碱液，掺杂少量相近原子半径的简单高价金属盐，并搅拌，碱和氮化钛反应，生成的中间产物进入介孔碳层孔隙，然后在400
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450℃空气下焙烧一定时间，在除去硬模板碳的同时，使介孔二氧化钛形成。
10.优选的，所述步骤一中，在介孔金属氧化物氮化钛核壳载体的制备后，通过硫酸溶液、电化学三电极体系中恒电位氧化，研究核壳载体的稳定性，通过四探针仪配合一定量粉末和聚偏氟乙烯压片测试载体的导电性，比表面积测定仪测试n2吸脱附曲线，计算载体比表面积、平均孔径和孔径分布。
11.优选的，所述步骤一中，低价金属氧化物的掺杂元素优先采用同元素高价金属离子掺杂，其次采用原子半径相近的其他高价金属离子掺杂。
12.优选的，所述步骤三中，确定铂纳米线生长反应条件对铂纳米线优势晶面生长的影响关系还需要测试催化剂的影响，x射线衍射确定催化剂载体和铂的晶型和晶面；x射线光电子谱确定介孔金属氧化物晶面金属原子和铂纳米线的铂价态。
13.优选的，所述步骤三中，改变反应条件包括反应试剂相对比例的改变、水热反应温度和时间的改变。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该发明安全、可靠，通过铂纳米线晶面在不同介孔金属氧化物晶面的生长机理研究方法，可以通过场发射透射电镜和x射线光电子衍射方法，确定铂纳米线的优势生长晶面，通过铂纳米线在不同金属氧化物氮化钛载体上的生长情况，便于对比制备出性能更加优异的铂纳米线材料；利用氮化钛高熔点、高硬度、高温化学稳定性、优良的导热性能和导电性能优点与金属氧化物结合形成金属氧化物氮化钛为载体的铂纳米线材料，使得在水热反应法制备铂纳米线时，避免了铂纳米线形态的二次改变，便于控制铂纳米线的形态，大大提高了材料性能，可用于燃料电池的极片材料，大大提高了电子传输效率；且该方法简单、全面，生产环保、成本交底，利于推广。
附图说明
15.图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.请参阅图1，本发明提供的一种实施例：一种铂纳米线晶面在不同介孔金属氧化物
晶面的生长机理研究方法，包括步骤一，建立铂纳米线的生长方法；步骤二，确定载体晶面状态与铂纳米线优势生长晶面的对应关系；步骤三，确定铂纳米线生长反应条件对优势晶面生长的影响关系；步骤四，确定铂纳米线的优势生长晶面；
18.其中上述步骤一中，以水热合成法作为铂纳米线的生长方法，首先，制备金属氧化物氮化钛载体，以氮化钛为核，采用金属盐前驱体，蒸发诱导自组装软模板法制备外壳，蒸发诱导自组装软模板法为，以聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物为结构导向剂，采用乙醇溶剂溶解聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物，并保证氮化钛不溶，保持形貌稳定，以四正丙醇钛作为钛金属氧化物前驱体，掺杂少量相近原子半径的高价丙醇盐或其他醇盐前驱体，调节ph值酸性范围，磁力搅拌混合后，在蒸发皿中，控制蒸发的温度和空气湿度，使溶液最终在氮化钛载体表面缓慢成膜，样品在空气中350℃煅烧，除去有机模板聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物，然后在400
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450℃下加热数小时，使氮化钛表面的钛网络膜晶化为p型半导体介孔二氧化钛，通过改变聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物与金属氧化物前驱体的相对比例，或选择其他分子量的嵌段共聚物，控制空气的温度和湿度，调整成膜时间，焙烧后，达到改变介孔载体的孔径结构的目的，为避免焙烧过程，载体介孔结构塌陷，在焙烧之前，介孔载体可浸渍盐溶液，焙烧之后，用蒸馏水浸泡除盐；根据铈、钛、锆、铌、钨、锰的元素性质，选择在空气中稳定存在的低价金属氧化物作为载体壳层，在软膜板法制备介孔材料过程中，掺杂少量高价金属离子，形成p型半导体，增强载体对氧的吸附能力，或者低价金属氧化物碳化钛载体制备后，在空气氛围一定温度下氧化一定时间，将金属氧化物离子部分氧化为高价离子，以提高p型半导体的空穴导电能力；然后将制得的金属氧化物氮化钛载体、乙二醇和n,n
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二甲基甲酰胺以一定比例混合，超声分散4h，然后将一定量氯铂酸和氢氧化钠，加入前已均匀混合的溶液中，磁力搅拌24h，然后转入聚四氟乙烯衬里高压反应釜，温度170℃持续加热反应，视氯铂酸反应量大小，控制反应时间，产品用乙醇洗涤，得到铂纳米线；对于钛金属氧化物氮化钛核壳载体的制备采用硬模板法制备，首先将氮化钛在一定温度的浓碱液中，分解为钛的氢氧化物，作为二氧化钛的前驱体，然后以介孔碳作为硬模板，氮化钛和介孔碳经过研磨，均匀混合，加入适量的碱液，掺杂少量相近原子半径的简单高价金属盐，并搅拌，碱和氮化钛反应，生成的中间产物进入介孔碳层孔隙，然后在400
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450℃空气下焙烧一定时间，在除去硬模板碳的同时，使介孔二氧化钛形成；在介孔金属氧化物氮化钛核壳载体的制备后，通过硫酸溶液、电化学三电极体系中恒电位氧化，研究核壳载体的稳定性，通过四探针仪配合一定量粉末和聚偏氟乙烯压片测试载体的导电性，比表面积测定仪测试n2吸脱附曲线，计算载体比表面积、平均孔径和孔径分布；
19.其中上述步骤二中，通过扫描电镜、高分辨透射电镜和x射线衍射分别确定载体介孔形貌、核壳结构和载体晶面结构；然后通过场发射透射电镜确定铂纳米线晶面结构；然后对比分析铂纳米线载体晶面状态与铂纳米线优势生长晶面的对应关系；
20.其中上述步骤三中，在铂纳米线生长的过程中，改变反应条件，改变反应条件包括反应试剂相对比例的改变、水热反应温度和时间的改变，分析确定铂纳米线在介孔金属氧化物介孔内和在表面的生长规律，利用扫描电镜观察催化剂形貌和粒径，x射线衍射确定催化剂载体和铂的晶型和晶面，x射线光电子谱确定介孔金属氧化物晶面金属原子和铂纳米线的铂价态确定铂纳米线生长反应条件对铂纳米线优势晶面生长的影响关系；
21.其中上述步骤四中，通过步骤二分析得出的铂纳米线载体晶面状态与铂纳米线优势生长晶面的对应关系和步骤三分析得出的铂纳米线生长反应条件对铂纳米线优势晶面生长的影响关系，分析确定铂纳米线的优势生长晶面。
22.基于上述，本发明的优点在于，通过铂纳米线晶面在不同介孔金属氧化物晶面的生长机理研究方法，可以确定铂纳米线的优势生长晶面，可以通过分析铂纳米线在不同金属氧化物氮化钛载体上的生长情况，制备出性能更加优异的铂纳米线材料；通过软模板法和硬模板法制备金属氧化物氮化钛载体，通过水热反应法制备铂纳米线，制备方法简单、实用，且环保、成本交底，利于推广，利用性能优异的氮化钛与金属氧化物结合形成金属氧化物氮化钛为载体的铂纳米线材料，使得在水热反应法制备铂纳米线时，避免了铂纳米线形态的二次改变，可用于燃料电池的极片材料，大大提高了电子传输效率。
23.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。