一种一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种一步合成铂‑钯‑铜三元金属纳米立方框架材料的方法。采用铜盐、钯盐和铂盐作为原料，抗坏血酸作为还原剂，一步合成铂‑钯‑铜三元金属纳米立方框架材料，其粒径为20～50nm，所述铂‑钯‑铜三元金属纳米立方框架材料的结构中，铂，钯和铜共同作为框架的成分。此方法操作简单，周期短，合成效率高，重复性好。

【技术实现步骤摘要】
一种一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法
本专利技术涉及一种一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法。
技术介绍
纳米材料作为一种最具有市场应用潜力的新兴材料，其潜在的重要性毋庸置疑。其中，贵金属纳米材料由于其独特的性能而广受关注，例如铂，钯等纳米材料在燃料电池催化剂方面获得广泛的应用；铜纳米材料在电催化二氧化碳具有优异的催化性能，在能源、生物医学、安全、信息等众多领域都有广泛的应用。近年来，纳米框架结构吸引了越来越多的关注，原因在于纳米框架结构在药物载运，酶的诱捕，气体传感和高效催化等领域都有着深远的应用潜力。然而，三元金属纳米框架结构的制备却很少有报道，到目前为止，框架结构大多采用分步法合成，并且尺寸较大，实验步骤繁琐，周期长，重复率低，形貌难以控制，合成效率低。一步法直接合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法。在该材料中，纳米立方框架完整，尺寸分布均匀。铂，钯和铜共同作为框架的成分。本方法操作简单，周期短，合成效率高，重复性好。此外，本专利技术制备的铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料还可作为甲醇燃料电池的阳极催化剂，并表现出优异的电催化性能。本专利技术采取的技术方案为：一种一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法，采用铜盐、钯盐和铂盐作为原料，抗坏血酸作为还原剂，一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料，其粒径为20～50nm。所述铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的结构中，铂，钯和铜共同作为框架的成分。所述方法具体包括以下步骤：S1、将表面活性剂溶于水形成溶液，再按顺序依次加入强碱溶液，钯盐溶液，铜盐溶液，PtCl2-溶液和抗坏血酸溶液，得到混合反应液；S2、将步骤S1得到的混合反应液在60～90℃恒温震荡反应3～5小时；S3、反应结束后经离心、洗涤、干燥，即可得到所述铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料。步骤S1中，所述混合反应液中各组分的最终浓度之比为，OH-：抗坏血酸：表面活性剂：铂盐：钯盐：铜盐＝0.002～0.006mol/L：0.002～0.006mol/L：2～6g/L：0.0002～0.001mol/L：0.0002～0.001mol/L：0.0002～0.001mol/L。步骤S2中，采用恒温水浴振荡器进行恒温震荡，振荡速率为50～80rpm。所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种。所述钯盐为氯化钯、硝酸钯中的一种或多种。所述铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、乙酸铜中的一种或多种。所述铂盐是氯铂酸钾，也可以用氯铂酸或者氯铂酸与氯铂酸钾的混合物代替。所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)中的一种或多种。本专利技术还提供了根据所述的方法制备得到的铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料在电催化氧化甲醇中的应用。所述铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料具有较高的质量活性、电流密度及催化稳定性。本专利技术利用液相还原法，采用铜盐，钯盐和铂盐作为原料，抗坏血酸作为还原剂，一步合成了铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料。在制备的过程中，首先加入强碱溶液提供碱性的环境，最后加入抗坏血酸溶液以使各种金属盐同时被还原，形成铂-钯-铜的合金。由于表面活性剂在不同晶面的选择性吸附作用，生成的铂-钯-铜合金为纳米立方块状。同时，铜离子跟抗坏血酸的反应能生成羟基自由基，这种羟基自由基具有强氧化性，能对铂-钯-铜纳米立方块产生刻蚀作用，这种刻蚀作用导致纳米立方块状变成空心状，仅剩下晶棱，因而最终形成了纳米立方框架结构。这种纳米立方框架结构的材料在燃料电池催化剂等方面可发挥重要作用。与已有的技术相比，本专利技术具有以下技术效果：1、本专利技术制备了一种铂-钯-铜三元金属纳米立方框架，在该结构中，铂，钯和铜共同作为框架的成分；2、本专利技术经过一步反应即可合成得到铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料，其分布均匀且尺寸在20～50nm之间，操作简单，周期短，合成产率达到95％以上，重复性好，易于推广；3、这种利用简单的液相法一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法属首次报道。4、这种铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料作为甲醇燃料电池阳极催化剂表现出比商业的Pt/C催化剂显著优秀的催化性能。附图说明图1为实施例1中的铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的XRD图；图2为实施例1中的铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的TEM图；图3为实施例2中的铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的TEM图；图4为实施例3中的铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的TEM图；图5为实施例4中的铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的TEM图；图6为实施例5中的铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的TEM图；图7为实施例6中的催化甲醇氧化的循环伏安图；图8为实施例6中的催化甲醇氧化的计时电流图。具体实施方式下面结合实施例及说明书附图对本专利技术进行详细说明。实施例1一种一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法，包括以下步骤：首先将CTAB溶于水形成溶液，再按顺序加入氢氧化钾溶液，氯化钯溶液，氯化铜溶液，氯铂酸钾溶液和抗坏血酸溶液。溶液各组分的最终浓度分别为：OH-0.002mol/L；抗坏血酸，0.002mol/L；CTAB2g/L；PtCl62-0.0002mol/L；Pd2+0.0002mol/L；Cu2+0.0008mol/L。随后溶液转移至恒温水浴振荡器中，90℃下反应3小时，振荡速率为60rpm。产物经离心分离，洗涤，干燥，获得铂-钯-铜三元金属纳米立方框架，其产率为97％。通过X射线粉末衍射对样品进行表征，如图1所示。显示所得产物仅一套衍射峰，该套衍射峰可指标化为面心立方结构晶体的衍射，这些衍射峰的位置介于JCPDS(粉末衍射标准联合委员会)的Pt卡片04-0802和Cu卡片08-0836的标准衍射峰之间，表明产物为铂，钯和铜形成的合金。通过透射电子显微镜(TEM)对产物的形貌进行表征。图2是产物的TEM图，可看到产物为平均粒径在20nm的分散均匀的纳米立方框架。实施例2一种一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法，包括以下步骤：首先将CTAC溶于水形成溶液，再按顺序加入氢氧化钠溶液，硝酸钯溶液，硝酸铜溶液，氯铂酸钾溶液和抗坏血酸溶液。溶液各组分的最终浓度分别为：OH-0.006mol/L；抗坏血酸，0.006mol/L；CTAC6g/L；PtCl62-0.001mol/L；Pd2+0.001mol/L；Cu2+0.001mol/L。随后溶液转移至恒温水浴振荡器中，60℃下反应5小时，振荡速率为60rpm。产物经离心分离，洗涤，干燥，获得铂-钯-铜三元金属纳米立方框架，其产率为96％。产物的TEM图如图3所示，可看到产物为平均粒径在40nm的分散均匀的纳米立方框架。实施例3一种一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法，包括以下步骤：首先将CTAB溶于水形成溶液，再按顺序加入氢氧化钾溶液，氯化钯溶液，硫酸铜溶液，氯铂酸溶液和抗坏血酸溶液。溶液各组分的最终浓度分别为：OH-0.002mol/L；抗坏血酸，0.002mol/L；CTAB2g/L；PtCl62-0.0002mol/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一步合成铂‑钯‑铜三元金属纳米立方框架材料的方法，其特征在于，采用铜盐、钯盐和铂盐作为原料，抗坏血酸作为还原剂，一步合成铂‑钯‑铜三元金属纳米立方框架材料，其粒径为20～50nm。

【技术特征摘要】
1.一种一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法，其特征在于，采用铜盐、钯盐和铂盐作为原料，抗坏血酸作为还原剂，一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料，其粒径为20～50nm。2.根据权利要求1所述的一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、将表面活性剂溶于水形成溶液，再按顺序依次加入强碱溶液，钯盐溶液，铜盐溶液，PtCl2-溶液和抗坏血酸溶液，得到混合反应液；S2、将步骤S1得到的混合反应液在60～90℃恒温震荡反应3～5小时；S3、反应结束后经离心、洗涤、干燥，即可得到所述铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料。3.根据权利要求2所述的一步合成铂-钯-铜三元金属纳米立方框架材料的方法，其特征在于，步骤S1中，所述混合反应液中各组分的最终浓度之比为：OH-：抗坏血酸：表面活性剂：铂盐：钯盐：铜盐＝0.002～0.006mol/L：0.002～0.006mol/L：2～6g/L：0.0002～0.001mol/L：0.0002～0.001mol/L：0.0002～0.001mol/L。4.根据权利要求1-3任意一项所述的一步合成铂-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正华，王鹏，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34