一种多级球形铑纳米晶体的高效制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多级球形铑纳米晶体的高效制备方法，该方法基于乙酸铑水溶液，采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为稳定剂、分散剂和模板剂，以水合肼作为还原剂，制备出形貌规整、高分散性、尺寸在75～100nm左右的多级球形铑纳米晶体。本发明专利技术方法操作极其简单，重复性高，对反应条件不灵敏，且较容易实现，能够规模化生产，在催化、尾气处理、医药等方面有很大的应用前景。

An efficient preparation method of multilevel spherical rhodium nanocrystals

【技术实现步骤摘要】
一种多级球形铑纳米晶体的高效制备方法
本专利技术属于纳米材料的制备
，具体涉及一种多级球形铑纳米晶体的制备方法。
技术介绍
近年来，贵金属铑纳米材料受到了广泛关注，主要是由于其自身具有一系列特殊的光、电、声、磁、热等性质，使它在催化、生物医药、燃料电池、光学传感等领域成为材料研究的一大热点。此外，由于铑催化剂具有较强的耐酸碱腐蚀和耐加热性能，因此在恶劣条件下使用具有优势。由于结构决定性质，铑的这些特殊性质与其形貌结构紧密相关。因此，贵金属形貌控制备受关注。常见铑纳米材料的主要合成方法有一步法、水热法、溶剂热法等，主要合成的形貌有纳米片、纳米花状、立方块、海星形、山莓形、正八面体、正十二面体等。目前铑纳米材料制备方法多采用铑的无机盐作为前驱体，如付维楚等以Na3RhCl6为前驱体通过油浴法控制合成了山莓形铑纳米晶。也有采用铑的有机盐作为前驱体，但多在高温高压条件下合成，例如：中国专利CN103696000A报道了一种利用乙酰丙酮铑为前驱体在150～200℃下水热反应5～15h，得到纳米铑二十面晶体，该方法得到的纳米铑形貌不均一，且反应温度较高。中国专利CN109570523A报道了一种利用乙酰丙酮铑或氯化铑为前驱体基于一步法，在180℃下制备了纳米花状铑颗粒，但其粒径大约在350nm左右且反应温度高、反应条件不温和。文献报道铑前驱体中，与常用的无机盐三水合三氯化铑相比，三硝酸铑二水合物和羰基铑更容易还原。对于铂族金属，有文献报道Redjel等采用氯化钯及乙酸钯作为钯源选取肼作为还原剂制备二氧化硅负载钯催化剂，发现乙酸钯作为钯源制备的催化剂具有更高的催化活性。C.Ducamp-Sanguesa等通过在20℃到-9℃的温度范围内在乙二醇中[Pd(NH3)4]2+的肼还原反应，制得单分散的球形钯颗粒，粒径在0.01～0.5μm，有明显的团聚现象。汤皎平以PVP为保护剂，超声振荡下采用水合肼还原AgNO3而得到粒径在50nm左右，近似圆球形的银纳米粒子，但其存在团聚现象。中国专利CN109570523A以RhCl3为铑源，PVP为表面活性剂，KI为形貌控制剂，以抗坏血酸为还原剂于60℃获得很小的铑纳米颗粒。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种反应条件温和，反应过程可以一步完成，有效制备单分散、窄分布和高催化性能多级球状铑纳米颗粒的方法。针对上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：向乙酸铑水溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至完全溶解，再加入水合肼水溶液，在50～90℃下搅拌反应4～8h，得到多级球形铑纳米晶体。上述的乙酸铑、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼的摩尔比为1:(1～20):(1～20)，优选乙酸铑、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼的摩尔比为1:(5～15):(2～11)，其中乙酸铑水溶液的浓度为0.01～0.03mol/L，水合肼水溶液中的浓度为0.1～1mol/L。上述制备方法中，进一步优选在60～70℃下搅拌反应5～6h。本专利技术以乙酸铑作为铑前驱体，水合肼为还原剂，通过添加PVP作为稳定剂、分散剂和模板剂来控制铑纳米颗粒形态，在常压低温下制备出多级球形铑纳米晶体。PVP分子存在极性较大的内酰胺基，具有亲极性，其分子环上及长链中又具有非极性的亚甲基(－CH2－)和次亚甲基(－CH＝)基团使其有亲油性。此外，PVP中内酰胺基能够与乙酸铑中铑离子发生配位反应，而双亲结构则能够促进溶液中不同组分或者基团在PVP分子表面发生定向分布，从而最终形成类似的囊泡类结构，制备出球形铑纳米粒子。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益的技术效果：1、本专利技术制备方法操作简单、重复性高、普适性较高。2、本专利技术制得的铑纳米球形貌、尺寸均一性较好、结构呈多级性、具有高分散性，其尺寸约为75～100nm，具有分散性好、窄分布、反应条件温和的特点，透射显示其表面呈多级台阶状，提供了大量的缺陷位点从而提高催化活性。3、本专利技术制得的铑纳米球容易保存，耐腐蚀，化学稳定性好。附图说明图1是实施例1制备的多级球形铑纳米晶体的XRD谱图。图2是实施例1制备的多级球形铑纳米晶体的扫描电镜照片。图3是实施例1制备的多级球形铑纳米晶体的透射电镜照片。图4是实施例2制备的多级球形铑纳米晶体的透射电镜照片。图5是实施例3制备的多级球形铑纳米晶体的透射电镜照片。图6是实施例4制备的多级球形铑纳米晶体的透射电镜照片。图7是实施例5制备的多级球形铑纳米晶体的透射电镜照片。图8是实施例6制备的多级球形铑纳米晶体的透射电镜照片。图9是实施例7制备的多级球形铑纳米晶体的透射电镜照片。图10是实施例8制备的多级球形铑纳米晶体的透射电镜照片。图11是实施例1制备的多级球形铑纳米晶体与商业化钯黑在N2饱和的0.5mol/LKOH水溶液中的CV图。图12是实施例1制备的多级球形铑纳米晶体与商业化钯黑在N2饱和的含0.5mol/LCH3OH的0.5mol/LKOH水溶液中的CV图。图13是实施例2制备的多级球形铑纳米晶体与商业化钯黑在N2饱和的0.5mol/LKOH水溶液中的CV图。图14是实施例2制备的多级球形铑纳米晶体与商业化钯黑在N2饱和的含0.5mol/LCH3OH的0.5mol/LKOH水溶液中的CV图。图15是实施例5制备的多级球形铑纳米晶体与商业化钯黑在N2饱和的0.5mol/LKOH水溶液中的CV图。图16是实施例5制备的多级球形铑纳米晶体与商业化钯黑在N2饱和的含0.5mol/LCH3OH的0.5mol/LKOH水溶液中的CV图。图17是实施例6制备的多级球形铑纳米晶体与商业化钯黑在N2饱和的0.5mol/LKOH水溶液中的CV图。图18是实施例6制备的多级球形铑纳米晶体与商业化钯黑在N2饱和的含0.5mol/LCH3OH的0.5mol/LKOH水溶液中的CV图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但是本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。实施例1将0.0081g(0.05mmol)乙酸铑加入到2mL去离子水中搅拌至溶解，得到0.025mol/L的乙酸铑水溶液，然后加入0.0279g(0.25mmol)PVP，常温下搅拌至完全溶解，再加入1mL0.1mol/L的水合肼溶液，在60℃下搅拌反应6h。反应完后用去离子水反复离心、洗涤，得到多级球形铑纳米晶体。由图1的XRD图可知，所得晶体为铑。由图2和图3可以看出，球形铑晶体的粒径为75nm左右，分散性较高，且表面有大量暴露的缺陷位点，由无数纳米级小晶粒组成球形结构，呈多级结构。实施例2将0.0081g(0.05mmol)乙酸铑加入到2mL去离子水中搅拌至溶解，然后加入0.0279g(0.25mmol)PVP，常温下搅拌至完全溶解，再加入1mL0.1mol/L的水合肼溶液，在90℃下搅拌反应6h。反应完后用去离子水反复离心、洗涤，得到多级球形铑纳米晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级球形铑纳米晶体的制备方法，其特征在于：向乙酸铑水溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至完全溶解，再加入水合肼水溶液，在50～90℃下搅拌反应4～8h，得到多级球形铑纳米晶体；其中，所述的乙酸铑、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼的摩尔比为1:(1～20):(1～20)。/n

【技术特征摘要】
1.一种多级球形铑纳米晶体的制备方法，其特征在于：向乙酸铑水溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，搅拌至完全溶解，再加入水合肼水溶液，在50～90℃下搅拌反应4～8h，得到多级球形铑纳米晶体；其中，所述的乙酸铑、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼的摩尔比为1:(1～20):(1～20)。


2.根据权利要求1所述的多级球形铑纳米晶体的制备方法，其特征在于：所述的乙酸铑、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼的摩尔比为1:(5～15):(2～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：金普军，刘亚冲，陈煜，张瑜瑾，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61