本发明专利技术提供一种PtCo纳米空心球、其制备方法及应用。将表面活性剂溶解在水中，依次加Pt和Co过渡金属盐，在冰浴的条件下，加入还原剂，再升温到20-50℃继续反应10-30分钟，经洗涤、干燥、得到PtCo纳米空心球。该方法操作简单，反应迅速，低温反应，易于放大合成，所制备的纳米空心球壳层厚度为1-2nm；所制备的纳米空心球可应用于催化和燃料电池等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米催化材料制备领域，具体涉及。
技术介绍
金属纳米催化材料在传统石化工业、环境治理以及燃料电池等领域有着广泛应用。其催化活性、稳定性及利用效率与结构、形貌、尺寸等参数有着密切的关系。纳米空心球可以有效地提高金属利用效率及其催化活性。在金属空心纳米颗粒合成领域，国内外科研人员已经开展了相应的工作。梁等在柠檬酸存在下用硼氢化钠还原钴盐制备得到钴纳米粒子；并将其加入到钼盐前驱体溶液中，利用钴纳米颗粒做为牺牲模板直接与金属盐溶液发生置换反应；离心分离产物，用水反复洗涤，获得尺寸可控的钼钴纳米空心球。该空心球具有高比表面积、低密度、材料利用率高等优点，在催化等领域具有潜在应用价值，但是其壳层厚度在6-7nm，空心结构也不够明显(200310114338.1)。Yin等人利用改进的多元醇法制备出钼纳米晶种，再在钼晶种表面沉积一定量的钴，最后在高温氧化气氛中将钴转化为氧化钴，由于柯肯达尔效应，部分钴会缓慢地从颗粒内部迁移到颗粒表面，从而在钼与钴之间形成一定的空腔，从而得到特殊的蛋壳状结构。并在乙烯加氢反应中表现出了较为优异的催化活性，此方法制的样品内部的钼颗粒直径在 12nm 左右，氧化钴壳层也在 7nm 左右(Y.D.Yin, R.M.R1ux, C.K.Erdonmez, S.Hughes, G.A.Somorjai, A.P.Alivisatos.Science.2004, 304, 711—714)。Chen等人利用多元醇法，制备了一系列钼-钴纳米空心球材料。具体合成过程为:首先将乙酰丙酮钼，醋酸钴，十六烷基磺酸钠溶解在乙二醇中形成混合溶液，再将上述合成体系在回流的条件下加热到198°C，直到有黑色固体沉淀产生停止反应，将得到的黑色沉淀产物过滤，反复洗涤、干燥，即可得到钼-钴纳米空心球材料。所得样品在甲醇氧化反应中表现出了比钼颗粒更为优异的电催化活性。但是空心球的平均粒径在100-200nm,壳层的厚度也在 30_50nm (G.Chen, D.G.Xia, Z.R.Nie, Z.Y.Wang et.al.Chem.Mater.2007，19，1840-1844)。综上所述，上述方法分别制备了不同类型的PtCo空心材料，但是仍然存在着制备步骤复杂，反应温度高，钼壳层较厚，钼利用效率不高等问题。有必要进一步开发新的合成方法。针对上述问题，本专利技术开发了一种PtCo纳米空心球的制备方法。此方法操作简单、制备温度低、易于放大，壳层更薄(l-2nm)。可应用于石油化工、污染治理和燃料电池等领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种PtCo纳米空心球的制备方法，该方法操作简单，反应迅速，反应温度低，成本低廉，适于大规模生产。所制备的PtC0纳米空心球尺寸可调，壳层更薄。本专利技术提供了一种PtCo纳米空心球的制备方法，具体合成步骤为:首先，将表面活性剂溶解到水中，分别加入Pt和Co的水溶性金属化合物或其水溶液，在o-1o°c下搅拌30分钟以上，随后在搅拌的条件下，加入水溶性还原剂或其水溶液，反应1-10分钟；再升温到20-50°C继续反应10-30分钟。以上制备过程均在惰性气体保护下进行。经洗涤、干燥后得到PtCo纳米空心球催化剂。本专利技术提供的PtCo纳米空心球的制备方法，所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、二氧化碳中一种或两种以上的混合物；惰性气体的通入气量为10-500mL/min0本专利技术提供的PtCo纳米空心球的制备方法，所述表面活性剂为聚氧乙烯辛基苯基醚(Triton X-100)、壬基酹聚氧乙烯醚、聚乙二醇叔辛基苯基醚(Triton X-114)、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(Pluixmic P-123)、月桂醇聚氧乙烯醚(Brij35)、鲸蜡醇聚氧乙烯醚、油醇聚氧乙烯醚、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)中一种或两种以上的混合物；表面活性剂在合成体系中的摩尔浓度为0.01-300mmol/L。本专利技术提供的PtCo纳米空心球的制备方法，所述钼化合物为氯钼酸、氯亚钼酸、氯钼酸盐(如氯钼酸钾、氯钼酸钠、氯钼酸铵、氯钼酸锂)、氯亚钼酸盐(如氯亚钼酸钾、氯亚钼酸钠、氯亚钼酸铵、氯亚钼酸锂)中一种或二种以上的混合物；钼化合物水溶液的摩尔浓度为 0.1-500mmol/L。钴化合物为二氯化钴、三氯化钴、硝酸钴、硫酸钴中一种或二种以上的混合物；钴化合物水溶液的摩尔浓度为0.l-500mmol/L。本专利技术提供的PtCo纳米空心球的制备方法，所述还原剂为甲醛、甲酸、硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾、甲醇、乙醇、多元醇、水合肼、乙二酸、苹果酸、柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、抗坏血酸中一种或两种以上的混合物；还原剂在反应体系中摩尔浓度为0.5-5000mmol/Lo本专利技术提供的PtCo纳米空心球的制备方法，Pt与Co的原子比为10:1-1:10。本专利技术还提供了所述方法制备得到的PtCo纳米空心球，该催化剂的结构特征为:形貌呈纳米空心球状，颗粒的直径为5-20nm，尺寸较为均一，钼壳层厚度为l_2nm。本专利技术还提供了所述方法制备得到的PtCo纳米空心球，可用于石油化工、污染治理以及燃料电池领域。与已报道的PtCo纳米空心球制备方法相比，本专利技术具有以下优点:a)所制备的PtCo纳米空心球，壳层更薄(l_2nm)，因此Pt的利用率更高。b)PtCo纳米空心球没有发生严重聚集，颗粒尺寸较为均一。c)低温合成、操作简单、成本低廉、反应迅速且容易放大，适于商业化生产。【附图说明】 图1实施例1制备样品的透射电镜(TEM)照片；图2实施例10制备样品的透射电镜(TEM)照片；图3实施例11制备样品的透射电镜(TEM)照片。【具体实施方式】实施例1:在冰浴及200mL/min氮气保护条件下，将25mg的Triton X-100溶解到48.5mL去离子水中，再加入1.25mL的20mmol/L的K2PtCl4水溶液，0.25mL的0.lmol/L的CoCl2水溶液，在5°C条件下搅拌0.5小时，加入3mL的lOOmmol/L的NaBH4水溶液，反应I分钟，再升温至35°C反应10分钟，经洗涤、干燥后得到PtCo纳米空心球催化剂。如图1，PtCo纳米颗粒尺寸为10_15nm，全部为空心结构，其中壳层厚度在2nm左右。实施例2:惰性气体种类在冰浴及200mL/min IS气保护条件下，将25mg的Triton X-100溶解到48.5mL去离子水中，再加入1.25mL的20mmol/L的K2PtCl4水溶液，0.25mL的0.lmol/L的CoCl2水溶液，在10°C条件下搅拌0.5小时，加入3mL的100mmol/L的NaBH4水溶液，反应10分钟，再升温至35°C反应10分钟，经洗涤、干燥后得到PtCo纳米空心球催化剂。实施例3:表面活性剂种类在冰浴及200mL/min氮气保护条件下，将46.36mg的Bri j35溶解到48.5mL去离子水中，再加入1.25mL的20mmol/L的K2PtCl4水溶液，0.25mL的0.lmol/L的CoCl2水溶液，在5°C条件下搅拌0.5小时，加入3mL的lOOmmol/L的NaBH4水溶液，反应I分钟，再升温至50°C反应30分钟，经洗涤、干燥后得到PtCo本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种PtCo纳米空心球的制备方法，其特征在于：整个制备过程在惰性气体保护下进行，首先，将表面活性剂溶解到水中，分别加入Pt和Co的水溶性金属化合物或其水溶液，在0‑10℃下搅拌30分钟以上，随后在搅拌的条件下，加入水溶性还原剂或其水溶液，反应1‑10分钟；再升温到20‑50℃继续反应10‑30分钟，经洗涤、干燥后得到PtCo纳米空心球。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋玉江，李书双，王莹，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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