[发明专利]一种合成Au@Ni@PtNiAu三明治结构纳米粒子的制备方法

说明书

本发明提供一种Au@Ni@PtNiAu三明治结构纳米粒子的制备方法，属于无机纳米材料制备工艺技术领域，包括：步骤一：将镍盐溶解于含有表面活性剂的惰性有机溶剂，并与金溶胶混合均匀；步骤二：在惰性气体的保护下将步骤一的混合溶液升温，得到镍包裹金的核壳结构；步骤三：将步骤二得到的核壳结构与氯铂酸分散在溶有油胺的惰性有机溶剂中，加热得到Au@Ni@PtNiAu三明治结构纳米粒子。本发明提出的一种合成Au@Ni@PtNiAu三明治结构纳米粒子的制备方法，所制备得到的产物纳米粒子具有Au核@Ni中间层@PtNiAu壳层的结构特征，且本发明可以有效控制Au由于低表面能向材料表面迁移效应，为制备高稳定性Pt基材料提供了新思路。所得产物壳层薄，稀贵金属Pt用量少，在一定范围内元素比例可调，且设备简单、工艺重复性好、产品质量稳定。

技术领域

本发明涉及一种Au@Ni@PtNiAu三明治结构纳米粒子的制备方法，属于无机纳米材料制备技术领域。

背景技术

Pt基多元金属复合材料的构筑不仅可以大大降低储量较低的贵金属Pt的用量，更为重要的是由于协同效应的存在，还可以有效提高其催化活性和稳定性，在催化领域具有广阔的应用前景。目前，在Pt基二元金属复合材料体系的合成及性能规律认识等方面已取得了重要进展。研究表明，通过引入第三种金属对催化剂的表面进行调控，是同时实现铂基催化剂高活性、高稳定性的一个有效措施。因此，Pt基三元复合材料的合成和性质研究已成为国际前沿研究领域的一个热点。

目前，三元核壳纳米粒子的制备所用到的方法主要为金属置换法和逐步还原法。比如：美国 Brookhaven国家实验室的Radoslav R.Adzic课题组以PdAu合金为核，在其表面沉积了一层 Cu原子，然后利用PtCl₄^2-与Cu原子之间的置换反应，制备了具有Pt单原子层的PdAu@Pt 结构纳米粒子，研究结果表明，Au原子的引入，大大提高了Pt的催化稳定性，在催化循环 100000圈后比质量催化活性仅下降8％，远远优于商业Pt/C的性能(Nat.Commun.3卷，1115 页，2012年)。美国布朗大学的S.H.Sun及其合作者以Au纳米粒子为基底，通过真空沉积法制备了Au@FePt核壳结构，发现与传统Pt/C催化剂相比，产物的催化活性有近数量级的提高，而且更为重要的是由于Au的引入使催化剂耐受性良好(Nano Lett.11卷，919页，2011 年)。虽然，这些方法在将Au引入Pt基多元金属复合物并提高催化性能方面取得了一些成功的实例，但由于Au具有相对较低的表面能，在材料制备过程中或催化循环过程中造成的 Au的表面相析出是不可避免的，而非活性Au原子在外表面的大量存在会牺牲材料的催化活性。由于目前制备手段的局限性，对Pt基三元金属复合材料表面/亚表面仍无法实现有效的微观结构调控，影响到了材料的性能和应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种Au@Ni@PtNiAu三明治结构纳米粒子的制备方法，产物的表面组分随着循环电势不同具有循环可调性，该制备方法具有设备简单、易于实现控制、工艺重复性好、产品质量稳定等优点。

本发明提出的一种合成Au@Ni@PtNiAu三明治结构纳米粒子的制备方法，采用化学溶液法，具体包括以下几个步骤：

步骤一：向含有表面活性剂的惰性有机溶剂(分析纯)中加入镍盐(分析纯，即大于99.9％)，搅拌均匀后，向其中加入1mL Au纳米颗粒(粒径为6～15nm)的正己烷(分析纯)分散液(Au溶胶的质量浓度为4～15mg/mL)，制成金属总摩尔浓度为0.004～0.16mol/L的混合溶液I。Au纳米粒子和镍盐构成的金属元素摩尔比为0.05～1，表面活性剂和镍盐摩尔比为1～20(优选为：5:1)。

所述的表面活性剂优选为油胺(化学纯)、油酸(化学纯)或十二烷二醇(化学纯)中的任意一种。

所述的镍盐选自包括氯化盐、醋酸盐、硫酸盐、乙酰丙酮盐中的任意一种。