[发明专利]一种以氧化亚铜为模板制备空心PtPd纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及空心纳米材料技术领域，具体涉及一种以氧化亚铜为模板制备空心PtPd纳米材料的方法。

背景技术

空心纳米材料具有大的比表面积及丰富的孔隙结构，微小的组成单元，能够容纳大量的客体分子或尺寸较大的分子，使其在实际应用中具有独特的性能。而空心PtPd纳米材料综合了空心结构和贵金属纳米粒子的优点，具有密度低、比表面积大、高稳定性及表面渗透性等性质，与单元Pt催化剂相比具有更多的催化活性位点和更强的抗氯离子毒化能力，电催化活性大幅度提高，使其在生物化学、催化学、材料科学等领域具有特殊的应用前景。据报道立方空心PtPd纳米材料具有比其他形貌更优异的电催化活性，因此制备立方空心PtPd纳米材料就显得尤为重要。

Cu₂O是一种P型半导体，在储能、催化和传感器领域有较多应用。Cu₂O/Cu氧化还原电对值(-0.36V)比贵金属PtCl₆²-/Pt(0.735V)、PdCl₄²-/Pd(0.987V)要低得多，因此Cu₂O可以与PtCl₆²-、PdCl₄²-发生自发氧化还原反应从而达到在其表面包覆Pt、Pd贵金属元素的目的，最后去除内部的Cu₂O模板就可以得到空心PtPd纳米材料。

目前利用氧化亚铜为模板制备空心PtPd纳米材料时成分控制是其中的一个难题。氯铂酸和氯钯酸钠与氧化亚铜的反应活性不同，氯钯酸钠会优先与氧化亚铜反应形成一层富Pd的壳层，而此时相对惰性的氯铂酸需要扩散穿透壳层才能与Cu₂O反应，因此导致最终空心结构中Pt的含量要远远低于反应溶液中Pt的含量，最终产物的成分不符合反应溶液中贵金属的化学计量比(原子比Pt/Pd)。在较高温度下反应可以有效增强氯铂酸的扩散能力，使更多的氯铂酸穿透富Pd壳层与Cu₂O反应，从而使最终产物的成分符合反应溶液中贵金属的化学计量比。但是加热条件下氯铂酸和氯钯酸钠与Cu₂O的氧化还原反应非常剧烈，导致最终产物表面极其粗糙，无法精确复制Cu₂O模板的形貌。

因此，如何获得精确复制氧化亚铜模板形貌并符合反应物化学计量比(即终产物的原子比Pt/Pd与反应溶液中的原子比Pt/Pd相近)的空心PtPd纳米材料就成为了一个难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种以氧化亚铜为模板制备空心PtPd纳米材料的方法，能够获得精确复制氧化亚铜模板形貌并符合反应物化学计量比的空心PtPd纳米材料。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种以氧化亚铜为模板制备空心PtPd纳米材料的方法，包括以下步骤：

(1)将氧化亚铜均匀分散于水中，在20-25℃搅拌条件下加入含有PtCl₆²-和PdCl₄²-的水溶液，在此温度下搅拌反应30-60min；

(2)将步骤(1)的反应体系移入加热装置以1-3℃/min的升温速率加热至60-65℃，在此温度下继续反应90-120min；

(3)反应完成后去除氧化亚铜核，得到空心PtPd纳米材料。

进一步，所述氧化亚铜为立方结构的氧化亚铜。

进一步，所述立方结构的氧化亚铜由以下方法制备：在50-60℃搅拌条件下，往CuCl₂溶液中加入过量的NaOH溶液反应0.5-1h，然后再缓慢滴加抗坏血酸溶液，反应3-4h后离心，再分别用水和乙醇清洗，最后真空干燥，得到立方结构的氧化亚铜。

进一步，所述步骤(1)中，含有PtCl₆²-和PdCl₄²-的水溶液为H₂PtCl₆和Na₂PdCl₄的混合水溶液。

进一步，所述步骤(1)中，加入的PtCl₆²-和PdCl₄²-之和与氧化亚铜的摩尔比为1.4-2.3∶1。