碳包覆金属纳米立方体材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了碳包覆金属纳米立方体材料及其制备方法，包括：S1)将金属纳米立方体与有机硅酸酯在醇溶剂中混合，然后再与碱性溶液混合反应，再加入苯酚类化合物与醛类化合物混合反应后，煅烧，得到碳球；S2)将所述碳球用HF溶液或热碱液腐蚀，得到碳包覆金属纳米立方体材料。与现有技术相比，本发明专利技术通过在溶液中一步法在金属纳米立方体表面包覆二氧化硅与酚醛树脂，再通过煅烧，得到包覆二氧化硅与碳层的金属纳米立方体，最后利用酸溶液将碳层内部的二氧化硅腐蚀去除，该方法简单易行，且空心碳球外壳厚度可控，并且得到的碳包覆金属纳米立方体材料具有丰富的介孔结构，可提供快速的电子传导、抑制金属纳米立方体的团聚，增强了其稳定性。

【技术实现步骤摘要】
碳包覆金属纳米立方体材料及其制备方法
本专利技术属于催化剂
，尤其涉及碳包覆金属纳米立方体材料及其制备方法。
技术介绍
铂钯合金与其他合金相比，具有独特的优势。首先，铂钯合金的抗腐蚀能力较强，稳定性比其它合金要高。其次，铂和钯晶格常数非常相似(不匹配度均为0.77％)，均为面心立方结构。钯在铂钯合金形成过程中会影响铂的电子结构形成铂钯键，该铂钯键会增加铂表面氧气的吸附量，提高氧还原性能。再次，铂钯之间的协同效应会使合金催化效果较单金属表现出更好的性能。随着纳米技术的发展，合成特殊形状的PtPd合金受到研究人员的广泛研究。PtPd立方体作为特殊形貌PtPd合金(PtPd核壳结构、PtPd四面体、PtPd纳米线、PtPd枝晶、PtPd异质结等)中的一员，表现出了优良的电化学性能，但是其易团聚，稳定性差仍然是制约其发展的关键点。目前，PtPd立方体已经分散在石墨烯、碳纳米管、石墨烯纳米带等碳材料表面，形成新的复合材料以提高材料的性能，增强材料的稳定性。但目前为止仍没有PtPd立方体分散在空心碳球内部的研究。空心碳球在燃料电池、锂离子电池、电容器、吸附剂、催化剂载体等领域的应用具有较大潜力。空心碳球的空腔可以作为纳米反应器，而外面碳壳可以提供可控的传质路径。对于PtPd立方体包覆空心碳球，空心碳球还可以有效地保护内部PtPd金属防止其团聚和损失。目前，已经有许多合成空心碳球的方法，如：软模板法，硬模板法，气相沉积(CVD)法，微波法，法等。改进的法是利用传统的合成硅球的法合成多孔碳球和中空多孔碳球的一种方法。正硅酸乙酯(TEOS)水解合成硅球的过程与聚合物水解合成酚醛树脂的过程类似，因此可以通过该方法合成酚醛树脂球。该方法可以一步合成硅球包覆酚醛树脂球，合成具有规则形状的空心碳球。相对于其他方法操作简单且步骤可控。已有报道利用改进的法合成了Au@C，Ag@C的核壳结构，但是获得的碳球尺寸偏大且碳层均较厚(＞10nm)不利于电化学的传质过程。因此进一步改进法可以有效地控制合成空心介孔薄层碳球。一般改进的法都要将包覆酚醛树脂的微球在100℃固化一天时间，固化是进一步合成酚醛树脂壳层。这一步骤会增加碳层的厚度，给传质带来阻力。为了得到更薄碳层可以省去固化步骤直接进行烧结，但烧结的温度会影响薄层碳层的厚度和规整度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供碳包覆金属纳米立方体材料及其制备方法，该方法制备的碳包覆金属纳米立方体材料的空心碳球外壳厚度可控。本专利技术提供了一种碳包覆金属纳米立方体材料，包括空心介孔碳球与包裹在其中的金属纳米立方体。优选的，所述碳包覆金属纳米立方体材料的粒径为50～100nm。优选的，所述空心介孔碳球的碳层厚度为1～10nm。本专利技术还提供了一种碳包覆金属纳米立方体材料的制备方法，包括：S1)将金属纳米立方体与有机硅酸酯在醇溶剂中混合，然后再与碱性溶液混合反应，再加入苯酚类化合物与醛类化合物混合反应后，煅烧，得到碳球；S2)将所述碳球用HF溶液或热碱液腐蚀，得到碳包覆金属纳米立方体材料。优选的，所述金属纳米立方体为铂-钯立方体。优选的，所述铂-钯立方体按照以下方法进行制备：将铂的前驱体、钯的前驱体、形貌控制剂、保护剂与酰胺类化合物混合加热进行水热反应，得到铂-钯立方体。优选的，所述步骤S1)具体为：将金属纳米立方体与有机硅酸酯在醇溶剂中混合，然后加至醇溶剂、水与氨水的混合溶液中搅拌反应，再加入苯酚类化合物与醛类化合物混合反应后，煅烧，得到碳球。优选的，所述步骤S1)中煅烧的温度为600℃～900℃；煅烧的时间为0.5～2h。优选的，所述步骤S1)中煅烧的升温速率为1～5℃/min。优选的，所述步骤S1)中金属纳米立方体与有机硅酸酯的质量比为1：(70～100)。本专利技术提供了一种碳包覆金属纳米立方体材料的制备方法，包括：S1)将金属纳米立方体与有机硅酸酯在醇溶剂中混合，然后再与碱性溶液混合反应，再加入苯酚类化合物与醛类化合物混合反应后，煅烧，得到碳球；S2)将所述碳球用HF溶液或热碱液腐蚀，得到碳包覆金属纳米立方体材料。与现有技术相比，本专利技术通过在溶液中一步法在金属纳米立方体表面包覆二氧化硅与酚醛树脂，再通过煅烧，得到包覆二氧化硅与碳层的金属纳米立方体，最后利用酸溶液将碳层内部的二氧化硅腐蚀去除，得到碳包覆金属纳米立方体材料，该方法简单易行，且空心碳球外壳厚度可控，并且得到的碳包覆金属纳米立方体材料具有丰富的介孔结构，可提供快速的电子传导、抑制金属纳米立方体的团聚，增强了其稳定性。由实验可知，本专利技术制备得到的碳包覆金属纳米立方体材料的碳层厚度仅为3.78nm。附图说明图1为本专利技术实施例1中碳包覆金属纳米立方体材料的制备流程示意图；图2为本专利技术实施例1中得到的碳包覆金属纳米立方体材料的X射线衍射图谱；图3为本专利技术实施例1中得到的碳包覆金属纳米立方体材料的透射电镜照片；图4为本专利技术实施例1中得到的碳包覆金属纳米立方体材料的孔径分布图；图5为本专利技术实施例1～4中得到的碳包覆金属纳米立方体材料的循环伏安图；图6为本专利技术实施例1～4中得到的碳包覆金属纳米立方体材料的线性扫描图；图7为本专利技术实施例1中得到的碳包覆金属纳米立方体材料的稳定性曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种碳包覆金属纳米立方体材料，包括空心介孔碳球与包裹在其中的金属纳米立方体。所述碳包覆金属纳米立方体材料的粒径优选为50～100nm，更优选为60～90nm，再优选为70～90nm，再优选为75～85nm，最优选为80nm；所述空心介孔碳球的碳层厚度为1～10nm，更优选为3～9nm，再优选为3.5～7nm，最优选为3.78～7nm；在本专利技术提供的一些实施例中，所述空心介孔碳球的碳层厚度优选为3.78nm；在本专利技术提供的一些实施例中，所述空心介孔碳球的碳层厚度优选为8.39nm；在本专利技术提供的一些实施例中，所述空心介孔碳球的碳层厚度优选为6.79nm；在本专利技术提供的另一些实施例中，所述空心介孔碳球的碳层厚度优选为4.17nm。在空心介孔碳球的内部包裹有金属纳米立方体；所述金属纳米立方体为本领域技术人员熟知的金属纳米立方体即可，并无特殊的限制，本专利技术中优选为铂-钯立方体。本专利技术还提供了一种上述碳包覆金属纳米立方体材料的制备方法，包括：S1)将金属纳米立方体与有机硅酸酯在醇溶剂中混合，然后再与碱性溶液混合反应，再加入苯酚类化合物与醛类化合物混合反应后，煅烧，得到碳球；S2)将所述碳球用HF溶液或热碱液腐蚀，得到碳包覆金属纳米立方体材料。本专利技术通过在溶液中一步法在金属纳米立方体表面包覆二氧化硅与酚醛树脂，再通过煅烧，得到包覆二氧化硅与碳层的金属纳米立方体，最后利用酸溶液将碳层内部的二氧化硅腐蚀去除，得到碳包覆金属纳米立方体材料，该方法简单易行，且空心碳球外壳厚度可控，并且得到的碳包覆金属纳米立方体材料具有丰富的介孔结构，可提供快速的电子传导、抑制金属纳米立方体的团本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳包覆金属纳米立方体材料，其特征在于，包括空心介孔碳球与包裹在其中的金属纳米立方体。

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆金属纳米立方体材料，其特征在于，包括空心介孔碳球与包裹在其中的金属纳米立方体。2.根据权利要求1所述的碳包覆金属纳米立方体材料，其特征在于，所述碳包覆金属纳米立方体材料的粒径为50～100nm。3.根据权利要求1所述的碳包覆金属纳米立方体材料，其特征在于，所述空心介孔碳球的碳层厚度为1～10nm。4.一种碳包覆金属纳米立方体材料的制备方法，其特征在于，包括：S1)将金属纳米立方体与有机硅酸酯在醇溶剂中混合，然后再与碱性溶液混合反应，再加入苯酚类化合物与醛类化合物混合反应后，煅烧，得到碳球；S2)将所述碳球用HF溶液或热碱液腐蚀，得到碳包覆金属纳米立方体材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述金属纳米立方体为铂-钯立方体。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫，张春媚，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22