空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒及制备和应用制造技术

本发明专利技术提供了一种空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒及制备和应用。所述纳米颗粒中铂的原子含量为1～20％，颗粒尺寸分布范围在15～80nm，表面孔径范围是2～20nm。该空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒具有高表面积、高电催化活性、高稳定性和低成本等优点，可代替纯铂作为燃料电池膜电极中的催化剂，大大降低了燃料电池的成本。

【技术实现步骤摘要】
空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒及制备和应用
本专利技术涉及材料化学领域，具体的说，本专利技术涉及一种空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒及制备和应用。
技术介绍
铂基纳米材料由于其独特的性质在众多领域都有广泛的应用。然而金属铂价格昂贵、储量有限，因此大大限制了其进一步工业化应用。为了更好的利用金属铂而且保证其功能性，将贵金属铂与非贵金属制备成纳米合金，不仅可以有效提高铂的利用率，而且利用金属之间的协同作用提高材料的性能。相比于双金属体系，三金属体系具有更为明显的组份协同效应。在众多纳米结构中，空心多孔结构使纳米材料的比表面积大大增加，因此，纳米空心多孔结构比实心的纳米材料具有更高的贵金属利用率，在医学、生物、催化等领域有着重要的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒；所述纳米颗粒分散性好，组份可控；本专利技术的另一目的在于提供所述空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒的制备方法；所述制备方法，采用一锅法油相体系，通过调控金属前驱体的比例和反应时间及温度，得到组分不同的铂镍铜三金属纳米多孔空心颗粒，方法简单，易于操作；本专利技术的再一目的在于提供所述空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒的应用。为达上述目的，一方面，本专利技术提供了一种空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒中铂的原子含量为1～20％，颗粒尺寸分布范围在15～80nm，表面孔径范围是2～20nm。本专利技术的空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒中镍铜比例随铂含量任意可调，颗粒具有空心且表面多孔。另一方面，本专利技术还提供了所述的空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒的制备方法，所述方法包括：(1)在惰性气氛的保护下，将铂盐、铜盐、镍盐、有机物A和有机溶剂B同时加入反应容器并进行均匀化处理得到混合溶液C；(2)在惰性气氛下，将步骤(1)中所得混合液C在搅拌条件下，升温至反应温度进行反应，得到分散液D，然后分离得到固态产物；(3)将步骤(2)得到的固态产物用有机溶剂E进行洗涤、分离及干燥，得到所述空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)所述铂盐选自乙酰丙酮铂、氯铂酸和氯化铂中的一种或多种的混合；铜盐可选自乙酰丙酮铜、氯化铜和醋酸铜中的一种或多种的混合；镍盐选自氯化镍和乙酰丙酮镍中的一种或两种的混合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)所述有机物A选自双十八烷基二甲基氯化铵和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种的混合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)所述有机溶剂B选自油胺和十八稀中的一种或两种的混合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)所述铂盐、铜盐、镍盐的质量为1:1:1～1:10:10；有机物A与三种金属盐总质量的质量比为1：1-1：3。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)中有机溶剂B与有机物A的质量比为20：1-30：1。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)所述匀化处理包括将在搅拌条件下，将反应容器中的混合溶液升温至50-100℃，然后保温搅拌10-40min得到所述混合溶液C。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)所述匀化处理包括将在转速为60-200rpm的搅拌下，将反应容器中的混合溶液升温至50-100℃，然后保温搅拌10-40min得到所述混合溶液C。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(2)所述搅拌的转速为100-800rpm。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(2)所述反应温度为170-220℃。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(2)是以2-10℃/min升温至反应温度。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(2)的反应时间为60-480min。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(3)的有机溶剂E选自丙酮、正己烷、乙醇和氯仿中的一种或多种的混合。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(3)所述分离为离心分离，离心转速为2000-10000rpm，离心时间为5-30min。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(3)所述干燥为真空干燥，真空度为-0.06MPa至-0.10MPa，干燥时间为10-48h，干燥温度为20-45℃。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(1)和步骤(2)的惰性气体选自氮气、氩气、氦气、和氖气中的一种或多种的混合；惰性气体流量为10-100ml/min。根据本专利技术一些具体实施方案，其中，步骤(4)所述洗涤为采用离心方法进行洗涤，并洗涤至离心上层液无色透明。再一方面，本专利技术还提供了所述的空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒在制备燃料电池催化剂、化学传感材料、或者光催化剂中的应用。综上所述，本专利技术提供了一种空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒及制备和应用。本专利技术的纳米颗粒具有如下优点：本专利技术采用铂与成本低的镍和铜形成金属合金，大大减少了铂的用量，成本比纯铂的材料低；且空心多孔的结构具有很大的表面积(高达71m2/g)，保证了材料的催化等性能(电催化活性可达商业铂炭的3～6倍)；所以本专利技术所提供的制备方法工艺简单、操作简便、可重复性高，使用的反应条件温和，对环境友好；所制备的多孔空心结构的铂银镍合金纳米材料具有高表面积、高电催化活性、高稳定性和低成本等优点，可代替纯铂作为燃料电池膜电极中的催化剂，大大降低了燃料电池的成本。另外，所制备的多孔空心结构的银/铂合金纳米材料在化学传感材料、化学催化与光催化领域也有着潜在的应用价值。附图说明图1为实施例1中所得大片多孔空心结构的铂镍铜合金纳米颗粒的透射电镜图。图2为实施例1中所得单个多孔空心结构的铂镍铜合金纳米颗粒的透射电镜图。图3为实施例1中所得多孔空心结构的铂镍铜合金纳米颗粒的X射线衍射曲线。图4是实施例1中所得多孔空心结构的铂镍铜合金纳米颗粒的粒径统计分布图。具体实施方式以下通过具体实施例详细说明本专利技术的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本专利技术的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。实施例11)在50mL/min氮气气氛的保护下，将0.0393g乙酰丙酮铂、0.2094g乙酰丙酮铜、0.0951g六水合氯化镍、0.1466g双十八烷基二甲基氯化铵和8mL油胺同时加入反应三口瓶中，在100rpm的磁力搅拌条件下均匀化处理得到混合溶液；(2)在50mL/min氮气气氛的保护下，将步骤(1)中所得混合液在500rpm的磁力搅拌的条件下，以5℃/min升温至205℃反应并维持240min，得到黑色分散液，分离得到固体物质；(3)将步骤(2)得到的固体物质用正己烷进行洗涤、离心转速10000rpm下分离，真空度为-0.06MPa、25℃条件下干燥12h，即得到铂镍铜三金属纳米多孔空心颗粒。所得大片颗粒的透射电镜图如图1所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒，其中，所述纳米颗粒中铂的原子含量为1～20％，颗粒尺寸分布范围在15～80nm，表面孔径范围是2～20nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒，其中，所述纳米颗粒中铂的原子含量为1～20％，颗粒尺寸分布范围在15～80nm，表面孔径范围是2～20nm。


2.权利要求1所述的空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒的制备方法，所述方法包括：
(1)在惰性气氛的保护下，将铂盐、铜盐、镍盐、有机物A和有机溶剂B同时加入反应容器并进行均匀化处理得到混合溶液C；
(2)在惰性气氛下，将步骤(1)中所得混合液C在搅拌条件下，升温至反应温度进行反应，得到分散液D，然后分离得到固态产物；
(3)将步骤(2)得到的固态产物用有机溶剂E进行洗涤、分离及干燥，得到所述空心且表面可穿过铂镍铜三金属纳米颗粒。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，步骤(1)所述铂盐选自乙酰丙酮铂、氯铂酸和氯化铂中的一种或多种的混合；铜盐可选自乙酰丙酮铜、氯化铜和醋酸铜中的一种或多种的混合；镍盐选自氯化镍和乙酰丙酮镍中的一种或两种的混合。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其中，步骤(1)所述有机物A选自双十八烷基二甲基氯化铵和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或两种的混合。


5.根据权利要求2所述的制备方法，其中，步骤(1)所述有机溶剂B选自油胺和十八稀中的一种或两种的混合。


6.根据权利要求2所述的制备方法，其中，步骤(1)所述铂盐、铜盐、镍盐的质量比为1:1:1～1:10:10；有机物A与三种金属盐总质量的质量比为1：1-1：3。


7.根据权利要求2所述的制备方法，其中，步骤(1)中有机溶剂B与有机物A的质量比为20：1-30：1。


8.根据权利要求2所述的制备方法，其中，步骤(1)所述匀化处理包括将在搅拌条件下，将反应容器中的混合溶液升温至50-100℃，然后保温搅拌10-40m...

【专利技术属性】
技术研发人员：程道建，吴登峰，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11