[发明专利]一种铂-非贵金属合金纳米线及其水相合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种铂‑非贵金属合金纳米线及其水相合成方法和应用，属于纳米材料科学领域，本发明的水相合成方法通过配体的引用实现了铂盐与非贵金属盐在水溶液中的共还原，成功合成可控的超细铂‑非贵金属合金纳米线，以解决上述技术问题。本发明的制备方法简单，产率高，步骤少，可控性好，产物中纳米线的直径细且结构均一，其所制备超细铂‑非贵金属合金纳米线表面易于清洗，该材料在电解水制氢中有优越的性能。

技术领域

本发明属于纳米材料科学领域，特别涉及一种铂-非贵金属合金纳米线及其水相合成方法和应用。

背景技术

铂具有优异的催化性质，该性质源于其独特的表面电子结构和物理化学性能，它被广泛用于多个催化领域，例如加氢催化、脱氢催化、氧化催化、裂解催化等。但是铂元素在地壳中的储量稀少，采掘冶炼较为困难，所以必须充分高效地利用铂。如何高效利用贵金属铂，提高贵金属铂催化剂的催化活性和稳定性以及降低贵金属铂催化剂的成本对于我国稀有金属的有效利用和国民经济的发展具有重要的意义。与传统铂块体材料相比，铂纳米材料具有更大的比表面，能够更有效的提高原子利用率，因此铂纳米催化剂已被广泛运用到汽车尾气处理、有机催化、燃料电池等领域。在铂纳米材料中，超细铂纳米线不仅具有更大的比表面积，而且能够通过独特的一维结构以实现良好的结构稳定性。此外，铂与其他非贵金属形成纳米合金可以有效降低催化剂中铂的用量，同时非贵金属的加入能有效地调控铂的表面电子结构提高催化剂的催化性能。合成超细的铂-非贵金属合金纳米线对于铂在催化领域的应用是至关重要的。

2007年孙守恒等人合成出了直径仅为2纳米，长度为200纳米的铂铁纳米线。该方法以乙酰丙酮铂和羰基铁为原料，以油胺作为表面活性剂、还原剂和溶剂，在160℃下反应30分钟。该方法的优点是能够合成尺寸可控的超细铂铁纳米线，缺点是油胺作为溶剂，制备成本高，对环境不友好而且所制备的产物难于清洗。后来在此基础上黄小青等人将溶剂换成油酸，以乙酰丙酮铂、乙酰丙酮镍和乙酰丙酮钴为原料，以葡萄糖为还原剂，以羰基钨为形貌导向剂，在160℃下反应2小时成功制备直径小于1纳米铂镍钴纳米线。该方法能够有效地调控纳米线的成分，同时完成了近乎百分百的原子利用率。但是由于油酸与油胺类似，该方法的制备成本高，所制备产物难以清洗。因此需要研发一种能够在水溶液中制备成本低、易清洗的超细铂-非贵金属合金纳米线。

由于铂金属盐和非贵金属盐存在较大的氧化还原电位差，因此在水溶液中合成超细铂-非贵金属合金纳米线最主要难题是实现铂金属盐与非贵金属盐在水溶液中的共还原。硼氢化钠还原法作为常用的合成纳米材料的方法能够在水溶液中合成铂-非贵金属纳米材料。Wong等人以氯铂酸、硝酸铁为原料，以硼氢化钠为还原剂，以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂，以水为溶剂，在室温条件下反应20分钟成功制备了直径为2.2纳米的铂铁纳米线。但该方法由于使用了强还原剂硼氢化钠，反应速率较快，无法实现有效形貌尺寸调控。

总结上述现有技术存在的缺点：以油胺或油酸作为溶剂，反应过程复杂，成本高，环境不友好，制备出的产物与油胺或油酸有强的相互作用难于清洗，油胺、油酸的存在钝化了铂催化剂表面影响了催化剂的催化性能；另外水溶液中硼氢化钠的使用导致整个反应体系处于较快的反应速度中，无法对产物进行有效的形貌尺寸调控。这些缺点的存在严重阻碍了超细铂-非贵金属合金纳米线的工业化及应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铂-非贵金属合金纳米线及其水相合成方法和应用，该方法操作简单，产率高，可控性好，重复性高，适合大规模生产；将该方法制得的铂-非贵金属合金纳米线的直径非常细且结构均一；该铂-非贵金属合金纳米线在电解水制氢中有优越的性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种铂-非贵金属合金纳米线的水相合成方法，包括以下步骤：

(1)制备铂-非贵金属的前驱体溶液