用于制造多金属纳米结构的一般合成策略制造技术

一种用于制备中空多金属纳米结构的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有多个第一金属原子的第一金属纳米结构，并且执行合成策略，所述合成策略包括用相应数量的第二金属离子置换所述多个第一金属原子的一部分，以及促进第一金属原子扩散以提供所述中空多金属纳米结构。

General synthesis strategies for the fabrication of polymetallic nanostructures

【技术实现步骤摘要】
用于制造多金属纳米结构的一般合成策略
本公开涉及一种用于制备中空多金属纳米结构的方法。
技术介绍
多金属中空纳米结构由于其多孔结构和在两种或更多种金属之间可能的协同效应，在生物医学、燃料电池和气体传感器方面是可能的新候选物。然而，用于合成此类纳米结构的已知方法通常涉及个性化合成方法。虽然一些通用方法是已知的，但此类方法一般限于贵金属，诸如银或钯，这两种金属在与其他金属诸如铜相比时都是昂贵的。因此，本领域需要用于制备多金属纳米结构的一般合成策略。
技术实现思路
本公开整体涉及用于制备中空多金属二维纳米结构的方法。该方法可包括提供第一金属纳米结构，用相应数量的第二金属离子置换由第一金属纳米结构所包含的第一金属原子的一部分，以及促进第一金属原子扩散以提供中空纳米结构。根据一些方面，该方法可包括一步合成策略。本公开还涉及由本专利技术的方法提供的中空多金属二维纳米结构。附图说明图1示出了根据本公开的方面的示意性方法示例。图2示出了根据实施例II(a)制备的中空Au-Cu二维纳米结构的扫描电子显微镜(SEM)图像。图3示出了根据实施例II(a)制备的中空Au-Cu二维纳米结构的透射电子显微镜(TEM)图像。图4示出了根据实施例II(a)制备的中空Au-Cu二维纳米结构的高分辨率TEM(HRTEM)图像。图5示出了根据实施例II(a)制备的中空Au-Cu二维纳米结构的高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像。图6示出了根据实施例II(a)制备的中空Au-Cu二维纳米结构的Cu元素的能量色散X射线(EDX)成像图像。图7示出了根据实施例II(a)制备的中空Au-Cu二维纳米结构的Au元素的能量色散X射线(EDX)成像图像。图8示出了实施例II(a)随时间推移的Cu-Au合金化演变过程。图9A示出了根据实施例II(a)制备的中空Au-Cu二维纳米结构的Au元素的X射线光电子能谱(XPS)。图9B示出了根据实施例II(a)制备的中空Au-Cu二维纳米结构的Cu元素的X射线光电子能谱(XPS)。图10示出了根据实施例II(a)制备的中空Au-Cu二维纳米结构的散射光谱。图11A示出了根据实施例II(b)制备的Cu-Pd中空纳米结构的SEM和TEM图像。图11B示出了根据实施例II(c)制备的Cu-Pt中空纳米结构的SEM和TEM图像。图11C示出了根据实施例II(d)制备的Cu-Au中空纳米管的SEM和TEM图像。具体实施方式本公开整体涉及用于制备中空多金属纳米结构的方法。该方法可包括提供第一金属纳米结构，用相应数量的第二金属离子置换由第一金属纳米结构所包含的第一金属原子的一部分，以及促进第一金属原子扩散以提供中空纳米结构。根据一些方面，该方法可包括一步合成策略。本公开还涉及由本专利技术的方法提供的中空多金属纳米结构。任选地，纳米结构可以是二维的。如本文所用，术语“纳米结构”是指在纳米级上具有至少一个维度，即，至少在介于约0.1nm和100nm之间的维度上的结构。应当理解，“纳米结构”包括但不限于纳米片、纳米管、纳米粒子(例如多面体纳米粒子)、纳米球、纳米线、纳米立方体、以及它们的组合。纳米片可包括具有纳米级厚度的片。纳米管可包括具有纳米级直径的管。纳米粒子可包括其中其每个空间维度均在纳米级上的粒子。根据一些方面，第一金属纳米结构和中空多金属二维纳米结构可为相同的或不同的。根据一些方面，该方法可包括提供第一金属纳米结构，诸如第一金属纳米片。应当理解，第一金属纳米结构可通过本领域已知的与本公开相容的任何方法来提供。例如，根据一些方面，第一金属纳米结构可包括铜纳米片。根据一些方面，铜纳米片可使用铜络合物溶液来提供。根据一些方面，铜络合物溶液可包含一种或多种铜络合物。如本文所用，术语“铜络合物”是指铜与一种或多种络合剂的络合物。根据本公开有用的络合剂包括但不限于十四烷基胺(TDA)、十二烷基胺(DDA)、十六烷基胺(HAD)、十八烷基胺(ODA)和油胺(OLA)。根据一些方面，铜络合物可通过在惰性气氛下将一个或多个铜原子和/或其盐与一种或多种络合剂在溶液中混合并在可接受的温度下搅拌可接受的时长来提供。例如，铜络合物可通过在惰性气体流下将铜盐和一种或多种络合剂在溶液中混合来提供。惰性气体的示例包括但不限于氮气、氩气、以及它们的组合。然后可将混合的溶液加热至介于约100℃和300℃之间的温度约一分钟至约一小时，以提供包含铜络合物的铜络合物溶液。根据一些方面，铜纳米片可通过加热铜络合物溶液来提供。例如，铜纳米片可通过在惰性气氛下，在高温下将铜络合物溶液与一种或多种配体混合可接受的时长来提供。例如，铜纳米片可通过将铜络合物溶液与配体在惰性气氛下，在介于约100℃和500℃之间、任选地介于约200℃和400℃之间、以及任选地约300℃的高温下混合来提供。可将混合的溶液保持在高温下介于约一分钟和两小时之间、任选地介于约三十分钟和九十分钟之间、以及任选地约一小时的时间，从而提供包含铜纳米片的铜纳米片溶液。配体的示例包括但不限于：油胺、三辛基膦、十四烷基胺、十二烷基胺、十八烷基胺、十六烷基胺、三辛基氧化膦、油酸、以及它们的组合。应当理解，第一金属纳米结构所包含的第一金属原子(例如，铜纳米片所包含的铜原子)将具有第一氧化电势。如本文所用，术语“氧化电势”是指从材料中移除电子所需的能量变化。应当理解，例如，铜可具有约0.34V的氧化电势。根据一些方面，第一金属可为具有不超过约1.0V、任选地不超过约0.5V的第一氧化电势的金属。根据一些方面，第一金属可选自铜(Cu)、镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、以及它们的组合。根据一些方面，该方法可包括用相应数量的第二金属离子置换由第一金属纳米结构所包含的第一金属原子的一部分。根据一些方面，第二金属可包括具有第二氧化电势的金属，其中第二氧化电势大于第一氧化电势。根据本公开的可用金属的示例包括但不限于金(Au)、铂(Pt)、钯(Pd)、以及它们的组合。根据一些方面，第二氧化电势可为约1.40V(Au3+/Au)、约1.20V(Pt2+/Pt)、和/或约0.92V(Pd2+/Pd)。根据一些方面，第二氧化电势可比第一氧化电势大至少约0.6V，任选地约0.7V，任选地约0.8V，任选地约0.9V，并且任选地约1.0V。根据一些方面，第一金属不同于第二金属。根据一些方面，用相应数量的第二金属离子置换由第一金属纳米结构所包含的第一金属原子的一部分可包括将第一金属纳米结构溶液与金属前体溶液混合。如本文所用，术语“第一金属纳米结构溶液”是指包含如本文所述的第一金属纳米结构的溶液。如本文所用，术语“金属前体溶液”是指包含含金属化合物和/或其水合物的溶液。金属化合物的示例包括但不限于氯金酸(HAuCl4)、乙酰丙酮钯(II)(Pd(acac)2)、氯铂酸(H2PtCl6)、它们的组合、以及它们的水合物。根据一些方面，第一金属纳米结构溶液可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备中空多金属纳米结构的方法，所述方法包括：/n提供具有多个第一金属原子的第一金属纳米结构，并且执行合成策略，所述合成策略包括：/n用相应数量的第二金属离子置换所述多个第一金属原子的一部分，以及/n促进第一金属原子扩散以提供所述中空多金属纳米结构。/n

【技术特征摘要】
20181119 US 16/195,5611.一种用于制备中空多金属纳米结构的方法，所述方法包括：
提供具有多个第一金属原子的第一金属纳米结构，并且执行合成策略，所述合成策略包括：
用相应数量的第二金属离子置换所述多个第一金属原子的一部分，以及
促进第一金属原子扩散以提供所述中空多金属纳米结构。


2.根据权利要求1所述的方法，其中用所述相应数量的第二金属离子置换所述多个第一金属原子的一部分包括将第一金属纳米片溶液与包含金属前体的金属前体溶液混合，所述第一金属纳米片溶液包含第一金属纳米片，所述金属前体包含所述第二金属离子。


3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一金属原子具有第一氧化电势，并且其中所述第二金属离子为具有第二氧化电势的金属离子，所述第二氧化电势大于所述第一氧化电势。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二氧化电势比所述第一氧化电势大至少约0.6V。


5.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二金属选自金、铂、钯、以及它们的组合。


6.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一金属包括铜。


7.根据权利要求2所述的方法，其中所述金属前体选自氯金酸(HAuCl4)、乙酰丙酮钯(II)(Pd(acac)2)、氯铂酸(H2PtCl6)、它们的组合、以及它们的水合物。


8.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一金属纳米片溶液在高温下与所述金属前体溶液混合。


9.根据权利要求8所述的方法，其中所述高温介于约50℃和180℃之间。


10.根据权利要求8所述的方法，其中将所述混合的第一金属纳米片溶液和金属前体溶液在所述高温下保持介于约1分钟和3小时之间的合成时间。


11.根据权利要求1所述的方法，其中所述合成策略为一步合成策略。


12.根据权利要求11所述的方法，其中所述一步合成策略包括将包含所述第一金属纳米片的第一金属纳米片溶液与包含金属前体的金属前体溶液混合，所述金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈书堂，陈顾刚，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP