[发明专利]一锅共还原溶剂热法合成空心立方体PtCu纳米框材料的方法

说明书

本发明公开了一锅共还原溶剂热法合成空心立方体PtCu纳米框材料的方法，将调控分子十六烷基三甲基氯化铵、金属前驱物乙酰丙酮铂与氯化铜CuCl₂·2H₂O、还原剂乙醇胺及溶剂油胺置于反应容器中并混合均匀，其中十六烷基三甲基氯化铵的摩尔浓度为20mM，乙酰丙酮铂的摩尔浓度为5mM，氯化铜的摩尔浓度为5mM，乙醇胺的摩尔浓度为60mM，再将得到的混合材料置于油浴锅中加热至160℃反应8h，反应结束后冷却至室温离心、洗涤、烘干得到空心立方体PtCu纳米框材料。本发明制备过程简单方便，相比于其它PtCu纳米材料，本发明制得的空心立方体PtCu纳米框材料能显著提高其对丙三醇和氧气还原反应（ORR）的催化活性。

技术领域

本发明属于空心立方体纳米材料的合成技术领域，具体涉及一种一锅共还原溶剂热法合成空心立方体PtCu纳米框（PtCu HCNFs）材料的方法。

背景技术

铂（Pt）催化剂是许多重要应用中最高效的单金属催化剂，尤其是在燃料电池阴极催化应用中。然而Pt的高价、低储备以及极易CO中毒等因素限制了其大规模商业应用。针对这一现状，大量研究主要集中在降低Pt的使用量，降低催化剂的成本，调控催化剂形貌从而提高催化剂的催化性能上。

到目前为止，大部分研究主要集中在以下几个方面：1）合成Pt-M（M=Ni、Co、Cu等）双金属催化剂，在减少贵金属含量的同时调控Pt的电子结构达到提升催化剂催化效果；2）调控催化剂表面边界形成高指数晶面；3）构建三维空间结构的纳米催化剂有效提高贵金属的利用率。然而，这类催化剂在催化过程中通常会经历烧结和过渡金属的溶解，导致原子利用率的降低和形貌的演变。因此，纳米催化剂的活性和稳定性之间的平衡仍然是一个巨大的挑战。针对这一问题，研究者发展各式各样的合成策略去制备高活性高稳定性的单晶贵金属纳米框架（立方体、四面体、八面体），这些合成方法包括电化学置换法、牺牲模板法和氧化刻蚀法等。

不过多晶结构的金属纳米框架能调节电子结构和表面反应从而提高催化剂的催化活性，因此多晶纳米框架催化剂更受研究者的欢迎。Pt基纳米框架由于相互连接的纳米级边缘、高的表面体积比、三维可接触表面以及高原子利用率等特点受到研究者的青睐。然而传统合成方法多为多步构建，因此通过一锅法构建纳米框架一直是研究者研究的热点。

发明内容

本发明为克服现有技术中多步合成金属纳米框架存在的问题而提供了一种制备过程简单可控的一锅共还原溶剂热法合成空心立方体PtCu纳米框（PtCu HCNFs）材料的方法。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一锅共还原溶剂热法合成空心立方体PtCu HCNFs纳米材料的方法，其特征在于具体步骤为：将调控分子十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）、金属前驱物乙酰丙酮铂（Pt(acac)₂）与氯化铜（CuCl₂·2H₂O）、还原剂乙醇胺及溶剂油胺置于反应容器中并混合均匀，其中十六烷基三甲基氯化铵的摩尔浓度为20mM，乙酰丙酮铂的摩尔浓度为5mM，氯化铜的摩尔浓度为5mM，乙醇胺的摩尔浓度为60mM，再将得到的混合材料置于油浴锅中加热至160℃反应8h，反应结束后冷却至室温离心、洗涤、烘干得到空心立方体PtCu HCNFs纳米材料。

进一步优选，制得的空心立方体PtCu HCNFs纳米材料中立方体的平均边长为6.52nm，空心结构形成的具体过程为：金属前驱体乙酰丙酮铂还原成Pt原子，金属前驱体氯化铜经历过电位还原沉积最终形成PtCu核，在调控分子十六烷基三甲基氯化铵存在下，Cl^-吸附在金属表面{110}特殊晶面，使其PtCu核沿着{110}特殊晶面沉淀溶解，经历4h的反应时间后，PtCu核形成不规则实心形貌，随着时间延长到6h，在氧化腐蚀剂Cl^-/O₂的作用下不规则实心形貌逐渐形成空心结构，随着时间延长至8h，空心中间体被氧化腐蚀成空心立方体，八个角也逐渐向外延长，最终生成空心立方体结构。