一种铂-铋多级结构气凝胶的制备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种铂

【技术实现步骤摘要】
一种铂
‑
铋多级结构气凝胶的制备及其应用


[0001]本专利技术属于纳米材料制备
，具体涉及一种铂
‑
铋多级结构金属气凝胶的制备方法及其在光电催化领域的应用。

技术介绍

[0002]金属气凝胶具有气凝胶的多孔和自支撑结构，以及优异的导电性、催化活性和独特的金属光学性能。因此，它们在电催化、传感、表面增强拉曼散射和能量转换/存储等领域具有广阔的应用前景。然而，要充分释放MAs的潜力，关键在于开发可行的合成策略以调整其组成/结构。多数报道MAs的网络结构都是通过一维纳米线相互融合的形式获得的（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 13891
‑
13899; Sci. Adv. 2019, 5, eaaw4590; Nat. Commun. 2020, 11, 1590），这限制了构效关系研究以及金属气凝胶的性能优化。为此，有研究者提出通过采用形貌可控的纳米结构作为前体、对所得凝胶进行后处理等方式予以解决，但常涉及步骤复杂、过程耗时等问题（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 13101
‑
13105; J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7993
‑
8002; Chem. Mater. 2016, 28, 6477
‑
6483）。因此，亟需开发简单、高效的新策略制备结构单元形貌可控的MAs。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供了一种绿色温和的溶胶
‑
凝胶法，通过配体对金属纳米颗粒的稳定作用和特定晶面的选择性吸附，从而改变不同晶面的表面能和生长速率，制备多级结构的金属气凝胶，同时制备的气凝胶均可用于（光）电甲醇氧化电催化剂。相对于传统方法，本方法成本低廉，步骤简单，所得金属气凝胶的形貌高度可控，且组成与结构两方面因素促使其在（光）电催化甲醇氧化方面显示出巨大应用价值。
[0004]本专利技术的目的是提供一种多级结构金属气凝胶的制备方法，包括：（1）将配体分子与金属盐加入水中，混合均匀；（2）将新鲜制备的NaBH4溶液注入上述溶液，静置制备金属水凝胶；（3）所得水凝胶通过多次洗涤后进行冷冻干燥，得到金属气凝胶。
[0005]上述制备方法中使用的配体分子为柠檬酸钠。
[0006]上述制备方法中金属盐为氯化铋、氯铂酸、氯亚铂酸氨中的一种或多种。
[0007]上述制备方法中总反应体系中金属总浓度为0.2
‑
1 mmol/L，具体为0.2 mmol/L、0.5 mmol/L或1 mmol/L。
[0008]上述制备方法中配体与金属盐的物质的量之比具体为0：1、0.02：1、10：1。
[0009]上述制备方法中新鲜制备的硼氢化钠为配制硼氢化钠水溶液到使用时间相隔30 s。
[0010]上述制备方法中中硼氢化钠与金属盐的物质的量之比具体为100：1、200：1或500：1。
[0011]上述制备方法中所收集金属水凝胶，通过去离子水洗涤6
‑
8次，去除可能的残留
物。
[0012]上述冷冻干燥具体为：在
‑
80℃，1 Pa下冷冻干燥6
‑
24 h。
[0013]上述制备金属气凝胶具备优异的电子光学特质，可用于（光）电催化甲醇氧化。
[0014]上述制备金属气凝胶在氮气饱和的1mol KOH和1mol CH3OH环境下，通过循环伏安法进行甲醇电氧化测试，表现出优异的催化性能。
[0015]上述制备金属气凝胶在紫外灯照射下，氮气饱和的1mol KOH和1mol CH3OH环境下，通过循环伏安法进行甲醇电氧化测试，表现出增强的光电催化性能。
[0016]本专利技术的有益效果在于。
[0017]该方法为金属气凝胶的结构调控提供了一条简单的途径，不涉及复杂程序，制备结构多样性的金属气凝胶，包括1D纳米线，2D纳米片，3D微球。
[0018]材料具备多孔，自支撑等特点，拥有优异的光电催化性能，促进了金属气凝胶基光电催化剂的发展。
附图说明
[0019]图1是Bi，Pt，Pt
‑
Bi金属凝胶材料的光学照片，表明金属水凝胶的自支撑结构。
[0020]图2是Bi，Pt，Pt
‑
Bi金属气凝胶XRD图谱，不同结构的气凝胶其衍射峰相对强度随着配体的引入而发生改变，证明了配体对晶面的选择性吸附，进一步影响微观结构。
[0021]图3是为不同配体作用下Pt
‑
Bi气凝胶材料的SEM图,在没有配体下为2D片或3D微球形貌，在引入十倍于金属物质量的配体后，均转化为1D纳米线微观形貌，证明了配体是调控气凝胶微观结构的有效手段。
[0022]图4为不同配体作用下Pt1Bi1气凝胶材料的STEM图，分析了空间元素的分布，揭示了气凝胶的结构属性。
[0023]图5为Pt
‑
Bi气凝胶（光）电甲醇氧化的活性表征图，所制备的Pt
‑
Bi双金属气凝胶均表现出了优异的(光)电催化活性，其中暗场下Pt2Bi1‑
10/1纳米线气凝胶表现出优异的电催化活性，达3.69 A mg
Pt
‑1，UV
‑
300 mW/cm2照射下，Pt1Bi2微球气凝胶表现出优异的（光）电催化活性，达11.98 A mg
Pt
‑1。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术并不限于此。
[0025]实施例1：将0.0050 g氯化铋，0.0084 g氯亚铂酸铵溶于196 mL的水中，混合均匀，随后用4.0 mL去离子水溶解0.1513 g硼氢化钠配制新鲜水溶液，将硼氢化钠溶液注入上述盐溶液。静置8h，将得到的凝胶碎片组装在一起，得到水凝胶。将制备的水凝胶用大量水洗涤6
‑
8次，总时长为2
‑
3天，以去除可能的残留物，之后用液氮对凝胶进行速冻，并在77 K下保持约10 min。最后将冷冻的样品在约1 Pa，
‑
80 ℃下冷冻干燥12 h以获得Pt1Bi2气凝胶。所得气凝胶在氮气饱和的1mol KOH和1mol CH3OH环境下，通过循环伏安法进行甲醇电氧化测试，其质量活性为1.8 A mg
Pt
‑1。在UV
‑
300 mW/cm2光照辅助下，其光电催化质量活性高达11.98 A mg
Pt
‑1，是无光下的6.6倍。
[0026]实施例2：将0.1176 g柠檬酸钠，0.0099 g氯化铋，0.0042 g氯亚铂酸铵溶于196 mL的水中，混合均匀，随后用4.0 mL去离子水溶解0.1513 g硼氢化钠配制新鲜水溶液，将硼
氢化钠溶液注入上述盐溶液。静置8 h，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铂
‑
铋多级结构气凝胶的光电催化材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）将配体分子与金属盐加入水中，混合均匀；（2）将新鲜制备的NaBH4溶液注入上述溶液，静置制备金属水凝胶；（3）所得水凝胶通过多次洗涤后进行冷冻干燥，得到金属气凝胶。2.根据权利要求1所述的金属气凝胶材料的制备方法，其特征在于：配体分子为柠檬酸钠。3.根据权利要求1所述的金属气凝胶材料的制备方法，其特征在于：金属盐为氯化铋、氯铂酸、氯亚铂酸氨中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的金属气凝胶材料的制备方法，其特征在于：配体分子与金属盐的物质的量之比为0：1、0.02：1、10：1。5.根据权利要求1所述的金属气凝胶材料的制备方法，其特征在于：总反应体系中金属总浓度为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：胡悦，薛耿，李一，崔乾，李艳丽，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：