一种Pt/Rh纳米复合材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种Pt/Rh纳米复合材料及其制备方法和用途。本发明专利技术提供的Pt/Rh纳米复合材料包括Rh纳米片和负载在所述Rh纳米片上的Pt纳米团簇。本发明专利技术提供的制备方法包括：将铂盐和铑盐溶于溶剂中，加入表面活性剂和还原剂，对得到的混合溶液进行加热反应，反应结束后固液分离，得到所述Pt/Rh纳米复合材料。本发明专利技术提供的Pt/Rh纳米复合材料对氧气有很高的活化能力，表现出类似氧化物酶活性特征，相比于单独Rh片和Pt纳米团簇表现出明显增强的活性，最大反应速率(Vmax)可达1.88×10

【技术实现步骤摘要】
一种Pt/Rh纳米复合材料及其制备方法和用途
本专利技术属于纳米材料领域，涉及一种Pt基纳米复合材料，尤其涉及一种Pt/Rh纳米复合材料及其制备方法和用途。
技术介绍
负载型Pt基纳米复合材料已广泛用于多相催化。很多研究表明，由于Pt与载体之间的协同作用，复合材料表现出明显增强的活性和稳定性。例如，张华组报道MoS2纳米片负载的Pt纳米粒子和唐智勇组报道的层状双氢氧化物Ni(OH)2负载的Pt纳米线，作为电催化剂用于析氢反应(HER)中，均比单独载体和商业Pt/C表现出更高的活性(Nat.Commun.2013,4,1444；Nat.Commun.2015,6,6430)。设计与制备新结构、高性能Pt基纳米复合材料已经成为多相催化领域一个研究热点。通常，负载型Pt基纳米材料的制备过程需要两步，即：先预备好载体，再在载体上对Pt盐前驱体进行化学还原或通过物理沉积等方法将Pt固定在载体上。为了增加载体与Pt之间的接触，往往还需预先对载体进行表面功能化。因此，其制备程序一般较繁琐、费时且成本较高。以上述制备MoS2纳米片负载的Pt纳米粒子为例，首先需要通过电化学锂插层过程制备出MoS2纳米片，在柠檬酸三钠稳定下，借助卤灯照射作用在MoS2边角处还原出Pt纳米粒子，继而通过外延式生长负载在纳米片表面。可见，上述Pt/MoS2的制备含有多步过程，需要预备好MoS2纳米片载体并作为Pt的成核位点，而制备片层MoS2需搭建电池体系以便控制其插层过程。此外，在对插层物进行后续剥离过程中，锂与水剧烈反应释放氢气，给操作带来安全隐患。CN108341979A公开了一种壳聚糖贵金属纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将壳聚糖溶于溶剂中，制备母液；(2)制备聚倍半硅氧烷与金属盐的混合溶液；(3)向上述母液中加入上述聚倍半硅氧烷与金属盐的混合溶液，搅拌24～72h后，静止4～8h，得到壳聚糖/金属化合物/聚倍半硅氧烷的混合溶液；(4)将上述壳聚糖/金属化合物/聚倍半硅氧烷的混合溶液干燥成膜，即制得壳聚糖贵金属纳米复合膜。本专利技术还公开了纳米复合材料的应用方法。CN107442134A一种铑/镍合金纳米催化剂及其制备方法和应用，属于纳米催化剂研究领域；本专利技术的催化剂为球状、多面体的铑/镍合金纳米颗粒，所制备的铑/镍合金纳米催化剂颗粒的尺寸分布为12～58nm，催化剂中铑、镍的摩尔配比为0.01～0.05:1；本专利技术以乙酸镍、三氯化铑为原料，制备了不同颗粒尺寸、微观结构的铑/镍纳米合金催化剂，然后以1-硝基蒽醌、氢气为原料，采用该催化剂进行反应，使反应温度升温至100～160℃，并保温反应2～8h，得到高纯度1-氨基蒽醌。CN107497448A一种铑/铜合金纳米催化剂及其制备方法和应用，所述的催化剂为10～120nm的球形多团簇结构的铑/铜合金纳米颗粒，催化剂中铑、铜的摩尔配比为0.02～0.08:1；本专利技术以三氯化铑、硝酸铜为原料，制备了不同颗粒尺寸、微观结构和铑、铜的摩尔比的铑/铜纳米合金催化剂，然后以1-硝基蒽醌、氢气为原料，采用该催化剂进行反应，使反应温度升温至120～80℃，并保温反应1～8h，得到高纯度1-氨基蒽醌。上述方法虽然能较为方便地制备纳米金属材料，但是并不适用于Pt基纳米材料。有鉴于此，有必要开发一种负载型Pt基纳米催化材料的简易制法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种Pt/Rh纳米复合材料及其制备方法和用途。本专利技术提供的Pt/Rh纳米复合材料制备方法简单，通过一锅法即可完成制备，不需要预备载体及其功能化，工艺简单、周期短。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种Pt/Rh纳米复合材料，所述Pt/Rh纳米复合材料包括Rh纳米片和负载在所述Rh纳米片上的Pt纳米团簇。本专利技术提供的Pt/Rh纳米复合材料中由于Rh片与Pt纳米团簇之间的协同效应，对氧气有很高的活化能力，在氧化反应中表现出了显著增强的催化活性，对有机显色底物3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)的氧化反应具有很高的催化活性，具有类似氧化物酶活性特征，相比于单独Rh片和Pt纳米团簇表现出明显增强的活性，最大反应速率(Vmax)可达1.88×10-7Ms-1，分别约为Rh片(Vmax＝1.92×10-8Ms-1)和Pt纳米团簇(Vmax＝1.29×10-7Ms-1)的10倍和1.5倍。本专利技术提供的Pt/Rh纳米复合材料中，Pt纳米团簇呈单分散。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述Pt纳米团簇与Rh纳米片的摩尔比为(0.219～0.749):1。优选地，所述Rh纳米片为二维纳米材料。优选地，所述Rh纳米片的形状为梯形。优选地，所述Rh纳米片的底长为200～600纳米，例如200纳米、300纳米、400纳米、500纳米或600纳米等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。这里的底长即梯形的上底或下底的长度。优选地，所述Rh纳米片的腰长为100～300纳米，例如100纳米、150纳米、200纳米、250纳米或300纳米等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。这里的腰长即梯形的腰的长度。优选地，所述Rh纳米片的厚度为0.4～1.5纳米，例如0.4纳米、0.8纳米、1纳米、1.2纳米或1.5纳米等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述Pt纳米团簇为零维纳米材料。优选地，所述Pt纳米团簇的粒径为2～3纳米，例如2纳米、2.2纳米、2.4纳米、2.6纳米、2.8纳米或3纳米等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述Pt/Rh纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将铂盐和铑盐溶于溶剂中，加入表面活性剂和还原剂，对得到的混合溶液进行加热反应，反应结束后固液分离，得到所述Pt/Rh纳米复合材料。本专利技术提供的制备方法中，铂盐前驱体优先还原形成Pt纳米团簇作为成核位点并被表面活性剂稳定，进而由于电荷作用，铑盐前驱体吸附在Pt纳米团簇周围并发生还原、外延式生长，形成Rh纳米片，最终实现Pt纳米团簇在Rh片上的负载。因此，本专利技术所提供的制法不需要预备载体或对其功能化，后续也不需要对铂盐前驱体还原，一锅完成Pt纳米团簇与Rh片的形成及Pt纳米团簇在Rh片上的负载，工艺简单，克服了负载型Pt基材料的传统制法需要预备载体与表面修饰，再在载体上通过化学还原铂盐前驱体或通过物理沉积Pt等方法而存在的多步骤、费时等缺点。作为本专利技术优选的技术方案，所述铂盐包括氯铂酸、氯铂酸钾或乙酰丙酮铂中的任意一种或至少两种的组合。典型但是非限制性的组合有：氯铂酸和氯铂酸钾的组合，氯铂酸和乙酰丙酮铂的组合，氯铂酸钾和乙酰丙酮铂的组合等。优选地，所述铑盐包括氯化铑和/或乙酰丙酮铑。本专利技术中，所述氯化铑和/或乙酰丙酮铑是指可以为氯化铑，也可以为乙酰丙酮铑，还可以为氯化铑和乙酰丙酮铑的组合。优选地，所述溶剂包括苄醇、乙二醇或N，N-二甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Pt/Rh纳米复合材料，其特征在于，所述Pt/Rh纳米复合材料包括Rh纳米片和负载在所述Rh纳米片上的Pt纳米团簇。

【技术特征摘要】
1.一种Pt/Rh纳米复合材料，其特征在于，所述Pt/Rh纳米复合材料包括Rh纳米片和负载在所述Rh纳米片上的Pt纳米团簇。2.根据权利1所述的Pt/Rh纳米复合材料，其特征在于，所述Pt纳米团簇与Rh纳米片的摩尔比为(0.219～0.749):1；优选地，所述Rh纳米片的形状为梯形；优选地，所述Rh纳米片的底长为200～600纳米；优选地，所述Rh纳米片的腰长为100～300纳米；优选地，所述Rh纳米片的厚度为0.4～1.5纳米；优选地，所述Pt纳米团簇为零维纳米材料；优选地，所述Pt纳米团簇的粒径为2～3纳米。3.一种如权利要求1所述Pt/Rh纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将铂盐和铑盐溶于溶剂中，加入表面活性剂和还原剂，对得到的混合溶液进行加热反应，反应结束后固液分离，得到所述Pt/Rh纳米复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铂盐包括氯铂酸、氯铂酸钾或乙酰丙酮铂中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述铑盐包括氯化铑和/或乙酰丙酮铑；优选地，所述溶剂包括苄醇、乙二醇或N，N-二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述还原剂包括甲醛、苯甲醛或水杨醛中的任意一种或至少两种的组合。6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，铂盐的摩尔浓度为0.1～3.0mmol/L；优选地，所述混合溶液中，铑盐的摩尔浓度为2.8～3.3mmol/L；优选的，所述混合溶液中，铂盐和铑盐的摩尔比为(0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨蓉，蔡双飞，王琛，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11