[发明专利]一种基于刻蚀辅助生长的三维金属钯纳米片快速制备方法

说明书

本发明公开一种基于刻蚀辅助生长的三维堆积金属钯纳米片快速制备方法，包括如下步骤：(1)将钯前驱体溶解于溶剂中；(2)向步骤(1)中加入氧化刻蚀剂，混合均匀；(3)向步骤(2)中通入还原性气体或试剂，直到有沉淀析出为止，离心、洗涤得到产物三维堆积金属钯纳米片。本发明基于刻蚀辅助生长，通过刻蚀剂的刻蚀效应和还原剂还原再生长过程，可以快速合成三维堆积金属钯纳米片，合成时间为3～60分钟，合成的三维堆积金属钯纳米片浓度为0.1～100mg/mL，其中钯纳米片基元的厚度为1～5nm。本发明所制备三维金属钯纳米片材料在电催化甲酸氧化反应中表现出优异的活性。

技术领域

本发明属于纳米科学领域，特别涉及一种三维金属钯纳米片的快速制备方法。

背景技术

钯具有非常优秀的储氢性能，常温下，1体积海绵钯可吸收900体积氢气，1体积胶体钯可吸收1200体积氢气。加热到40～50℃，吸收的氢气即大部分释出，广泛地用作气体反应，特别是作为氢化或脱氢的催化剂。在传感、电催化甲酸氧化、一氧化碳氧化、C-C耦合反应中表现出优越的催化活性。此外，钯也是航天、航空等高科技领域以及汽车制造业不可缺少的关键材料。但是钯在地球上的储量稀少，采掘冶炼较为困难，所以必须充分高效地利用钯。如何提高贵金属钯催化剂的活性、选择性以及稳定性对于我国稀有资源的高效利用和国民经济的发展具有重要的意义。钯纳米材料与块体材料相比能够提高原子利用率，因此钯纳米催化剂广泛用于石油化工、汽车尾气处理、燃料电池等领域。在钯纳米材料中，超薄钯纳米片有更大的比表面积，使得更多的Pd原子暴露在表面，能够充分利用钯原子。合成超薄的钯纳米片已经成为研究热点。

2010年郑南峰等人首次合成出了厚度仅为1.8纳米，长度为21-160纳米的六角钯纳米片。该方法以乙酰丙酮钯为原料，以聚乙烯吡咯烷酮，十六烷基溴化铵为表面活性剂，N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，一氧化碳为形貌导向剂，在压力瓶中100℃下反应3小时。该方法的优点是能够合成出尺寸可控的超薄二维钯纳米片，缺点是使用了表面活性剂，有机溶剂并且较长时间的加热处理。后来在此基础上实现了无表面活性剂，室温合成30分钟合成出上述纳米片。但是合成出来的纳米片还是二维的，在实际应用的时候就会因为纳米片的堆积而降低活性。最近，杨宏等人先将乙酰丙酮钯、三正辛基磷、羧酸混合，然后再在一氧化碳气氛下室温反应24小时成功合成出三维的钯纳米片。该方法解决了纳米片堆积的问题，但是合成方法耗时长，使用羧酸为溶剂增加了生产成本。因此需要研发一种能够在水溶液中快速制备无表面活性的超薄三维钯纳米片。

氧化刻蚀生长法作为一种新的合成纳米材料的方法能够合成出特殊结构的纳米材料。2005年夏幼南老师在乙二醇中以Cl^-/O₂为刻蚀剂，聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂反应24小时能够成功地将钯立方体转变成空心的钯立方盒子。并且发现加入少量的水会显著增大刻蚀能力。在郑南峰等人在二维钯纳米片的基础上，通过加入氯化铁反应2小时制备出花冠结构的二维钯纳米片。发明人也利用I^-/O₂为刻蚀剂反应1小时能将钯八面体制备成空心的钯八面体框架。

现有技术存在的缺点：反应时间长(通常>1小时)，反应过程复杂，产量低；另外制备出的产物表面有表面活性剂的包覆，而表面活性剂的存在极大地影响了金属钯催化剂的催化性能；此外，此前报道的三维金属钯纳米片的合成通常都在有机溶剂中进行且需要额外加热。这些缺点的存在严重阻碍了三维金属钯纳米片的工业化生产及应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于刻蚀辅助生长的三维金属钯纳米片快速制备方法，以解决上述技术问题。本发明方法快速、低成本，其所制备三维金属钯纳米片表面干净。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于刻蚀辅助生长的三维堆积金属钯纳米片快速制备方法，包括如下步骤：

(1)将钯前驱体溶解于溶剂中；

(2)向步骤(1)中加入氧化刻蚀剂，混合均匀；