[发明专利]一种超薄自组装Pd纳米圆片及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型纳米材料及其制备技术领域，具体涉及一种超薄自组装Pd纳米圆片及其合成方法。

背景技术

材料合成是纳米科学领域发展的核心。控制纳米材料的粒径和形貌引起人们很大兴趣。对于贵金属纳米材料，它们倾向于多面体固体结构，常见到的结构有八面体、立方八面体、立方块等，被一些低指数晶面如{111}、{100}、{110}等晶面所包覆，这些低指数晶面为电化学反应提供很好的平台，它们表面原子排列会影响纳米材料的催化性能。目前，关于纳米粒子的催化剂有以下几种，第一种为金属纳米粒子催化剂，主要以贵金属为主，如Pt、Rh、Au、Ag、Pd，非贵金属有Ni、Fe、Co等。第二种以氧化物为载体将粒径1～10nm的金属粒子分散到多孔的衬底上，衬底的种类很多，有氧化铝、二氧化硅、氧化镁、二氧化钛、沸石等。第三种是碳化钨、γ-Al₂O₃、γ-Fe₂O₃等纳米粒聚合体或者是分散于载体上。

Pd作为一种重要的铂族元素一直吸引着人们的广泛兴趣。Pd被广泛用于催化领域。已经有不少研究指出，纳米催化剂的催化性能与其形貌紧密相关。近十年来，为进一步提高Pd的催化活性，人们致力于单分散的Pd纳米结构的尺寸和形貌控制研究，如用微波加热的方法，用三缩四乙二醇(TEG)还原钯的前驱体(如氯钯酸)，再通过加入不同添加剂如CTAB、KOH等得到小颗粒、立方块、二十面体、纳米花等；用CO体系还原钯的前驱体乙酰丙酮钯，DMF为反应溶剂，得到凹四面体、四角枝、四菱形Pd纳米晶。但是，这些现有技术所得到的Pd纳米颗粒大多为三维多面体结构或一维纳米线，而二维Pd纳米结构较少，且所得纳米颗粒的胶体溶液呈灰黑色。

发明内容

针对现有合成纳米钯颗粒技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种超薄自组装Pd纳米圆片及其合成方法，这是一种利用CO还原合成超薄自组装Pd纳米圆片的方法。

本发明所提供的一种超薄自组装Pd纳米圆片，其特征在于：所述超薄自组装Pd纳米圆片为由直径为25±2nm、厚度为1.4±0.1nm的超薄圆形Pd纳米片堆叠自组装形成的平均长度为200±10nm的圆柱状纳米材料。

一种上述超薄自组装Pd纳米圆片的合成方法，其步骤如下：

A、将碘化钾和无水乙酸钠溶于水中，得溶液A；

B、将乙酰丙酮钯(Pd(acac)₂)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)于锥形瓶中混合均匀，得溶液B；

C、在冰浴下将溶液A和溶液B混合搅拌均匀，待溶液变为透亮均一的黄色溶液时，将黄色溶液转入三颈烧瓶中，并连接CO气体，CO气体流速控制在0.3-0.5mL·sec^-1(优选0.3mL·sec^-1)，室温下边通CO气体边搅拌排出瓶内空气；

所述黄色溶液中Pd(acac)₂的浓度为8.2mmol·L^-1，Pd(acac)₂:PVP-K30:KI:NaAc的摩尔比为1:9:4:4；

所述溶液A和溶液B体积比为1:4-6，优选为1:5；

D、待空气排尽后，将三颈烧瓶放入100℃油浴中，保持CO气体的持续通入并搅拌反应3h，反应过程中保持CO流速为0.3-0.5mL·sec^-1(优选0.3mL·sec^-1)；

反应停止后，将三颈烧瓶移出油浴，然后停止通入CO，通N₂排尽瓶内残余CO，保持自然冷却到室温，得到深蓝色的胶体溶液；

步骤C和D中反应开始前，需要检查反应体系是否漏气；所用CO气体和N₂气体纯度均为99.999％；

E、向深蓝色的胶体溶液中加入其四倍体积的丙酮，振摇均匀后沉降、离心、分离出沉淀物；沉淀物用无水乙醇洗涤3-4次后干燥得所述超薄自组装Pd纳米圆片。

本发明以Pd(acac)₂为前躯体，DMF和水作为溶剂，PVP-K30作为稳定剂，KI和NaAc为形貌控制剂，油浴加热并通入适量的CO气体，合成得到了超薄自组装Pd纳米圆片。所得超薄自组装的Pd纳米圆片，圆片直径约25nm，且形貌单一，大小一致。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果如下：