一种高效催化活性纳米材料及其制备方法技术

一种高效催化活性纳米材料及其制备方法，在硅衬底上利用两次置换反应生长，为枝状的银／金双金属纳米结构，兼备枝状的形态和Ａｇ／Ａｕ双金属的结构，相对贵的重金属金在相对便宜的金属银表面外延生长。由于兼备枝状形态和双金属结构在有机物的催化降解中表现出极其高效的催化活性。本发明专利技术两种金属中，相对贵重的金属仅仅是外延生长在相对价廉的金属的表面，可以大幅度的降低催化剂的成本，具有潜在的工业应用前景。本发明专利技术的制备方法仅仅利用两次普通的置换反应，装置简单，容易操作，可控性好；尤其是该制备方法还具有很强的适用性，可以推广到其他种类的枝状双金属结构，甚至多金属结构的纳米材料，在同类材料的制备方法中存在较大优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米催化材料
，涉及枝状双金属结构纳米材料及其制备方法， 具体为。
技术介绍
贵金属如银Ag，金Au，铑Rh,铂Pt和钯Pd的纳米材料由于具有一些特殊的光 学和电学性质而被越来越广泛地使用在催化、传感等领域。然而，目前比较商业化的纳 米材料大多数以纳米颗粒的形态存在。这些应用要更加商业化，存在一些亟须解决的问 题例如，将独立的纳米颗粒组装成功能性系统仍然是一个巨大的挑战；此外，拥有足 够大的比表面积和表面活性的贵金属催化材料，往往需要比较高的成本。为了克服这些 障碍，通过调节形态和成分来最大化贵金属催化材料的催化活性则显得非常的必要。双金属枝状材料在这样的背景下孕育而生。首先，其枝状结构，作为纳米量级构建 单元的组装体，具有有趣的分级结构和分形形态，往往呈现出比较大的比表面积。这一 方面有利于功能系统的组装，另一方面则能显著提高材料表面反应活性。其次，其双金 属结构由于拥有金属间界面往往表现出比它们所对应的单金属更为高效的催化活性。目前，关于枝状的双金属结构纳米材料的研究非常稀少。2008年有见日本早稻田大 学Tetsuya Osaka小组釆用电沉积法制备出双金属Pd/Co纳米枝状材料；2009年有见美国 华盛顿大学夏友楠教授小组采用种子生长法制备出双金属Pd/Pt纳米枝状材料。这些枝状 双金属纳米材料中，两种金属不仅是在材料的表面而且在其内部也形成了一定量的双金 属结构。单种贵金属催化材料内部成分，或者上述枝状双金属纳米材料内部的双金属成 分，事实上在催化反应中，由于无法与被催化物质接触而根本无法起催化作用，结果造 成较大的贵金属浪费。那么如何保证贵金属与被催化物质既能充分接触，又能不造成相 对贵重金属的巨大浪费？这就需要发展一种方法能够将相对贵重的金属催化剂精确的 铺展在相对便宜的枝状金属表面的方法。此外在目前的科研，生产中，种子生长法 和电沉积法在操作，成本，适用性，和产物分离等方面都还存在着诸多不足。因此设计 一套简易、合理、经济、快捷并且能够大范围适用的枝状双金属结构纳米材料的制备方 案并研究该种材料催化活性在纳米催化材料领域是一个非常重要和迫切的研究课题。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是现有枝状双金属结构的纳米材料很少，目前已有研究的枝 状双金属结构易造成较大的贵金属浪费，且其制备方法在操作，成本，适用性，和产物 分离等方面都还存在着诸多不足，针对以上问题提供一种具有特殊形态和结构的高效催 化活性材料及其制法，这种催化材料兼具枝状形态和双金属结构，表现出高效的表面活 性，可用于化工中一些有机物的催化降解，且此催化活性材料的制法简易、合理、经济、 快捷并且能够大范围适用。本专利技术的技术方案为 一种高效催化活性纳米材料，为枝状的银/金双金属纳米结 构，兼备枝状的形态和Ag/Au双金属的结构，相对贵重的金属金在相对便宜的金属银 表面外延生长。本专利技术高效催化活性纳米材料的制备方法为室温条件下，在高度为0.05 0.15cm 的容器内均匀铺展一层硝酸银AgN03溶液，所述容器底部做为衬底，采用纯度为99.8% 以上的高纯度薄铜片，铜片厚度0.05mm-0.5mm,铜片的边缘面与AgN03溶液充分接 触，进行2 4分钟的置换反应，在衬底上生成一层纳米枝状Ag;去离子水清洗生成 的纳米枝状Ag，再将其浸泡在氯金酸HAuCU溶液里4 12分钟，在纳米枝状Ag表 面置换外延生长金属金Au，将所得产物分别在氯化钠NaCl溶液、去离子水中浸泡清 洗，在氮气中晾干，制得枝状银/金双金属结构纳米材料。作为一种优选方式，所述容器以硅衬底为底，容器壁为玻璃，在其中一侧容器壁 与硅衬底之间设置铜片，铜片的边缘面与容器壁平齐，铜片厚度为0.1mm。进一步的，化学反应的温度条件为25度，AgNO3溶液的浓度为0.05mol/L,氯金 酸HAuCU溶液浓度为0.005 mol/L。制得的纳米枝状Ag用去离子水反复清洗、去除残余离子Ag+、 Cu2+、 N03';浸泡 在HAuCl4溶液里反应后，用饱和NaCl溶液反复清洗，去除沉淀在枝状双金属纳米材 料上的AgCl固体，在去离子水中反复清洗，去除残余离子Na+， Cl一。 本专利技术的有益效果(1) 首次提出了在有机物降解方面具有高催化活性的一种兼备枝状形态和双金属结 构的纳米材料，该催化材料对有机物的催化降解速率超越了任何现有的催化材料；(2) 制备的枝状双金属结构纳米材料，相对贵重的金属Au仅在表面与另一种相对便 宜的金属Ag形成双金属结构，这样既能保证贵金属与被催化物质充分接触，又节约了相 对贵重金属的用量，可以大幅度的降低催化剂的成本，具有潜在的工业应用前景；而现4有的一些枝状双金属结构纳米材料，不只是在材料的表面在其内部也形成了一定的双金 属结构。这些内部的双金属成分事实上在催化反应中由于无法与被催化物质接触而根本 无法起催化作用，结果造成较大的贵金属浪费；(3) 设计出了一套简易、合理、经济、快捷并且能够大范围适用的枝状双金属结构 纳米材料的制备方法，本专利技术在硅衬底上仅仅利用两次普通的置换反应，生长出枝状的 银/金(Ag/Au)双金属结构纳米材料，制备方法简单，容易操作，可控性好；(4) 提出的枝状双金属结构纳米制备技术与现有的制备技术与现有的制备技术，如 电沉积法和种子生长法相比，具有独特的优点a. 实验装置，实验条件和制备过程非常简单，容易操作，材料的制备效率高；b. 可控性好，只需通过调节反应时间即可控制产物的生成； C.可轻易实现双金属结构在材料表面的形成；d. 成本低廉，易实现，具有良好的工业化应用前景；e. 适用性强，可推广应用于其他枝状双金属，甚至多金属结构纳米材料的设计。附图说明图1为枝状Ag/Au双金属结构纳米材料催化降解对硝基酚的UV-vis吸收谱。 图2为纳米枝状Ag结构的制备装置示意图。图3为纳米枝状Ag与HAuCU溶液置换反应不同时间0分钟，4分钟，8分钟，12 分钟时获得的枝状Au/Ag双金属结构的FESEM图。图4为纳米枝状Ag与不同置换反应时间后获得的枝状Ag/Au双金属结构的EDX图。具体实施例方式本专利技术提供了一种高效催化活性纳米材料，为枝状的银/金双金属纳米结构，兼备 枝状的形态和Ag/Au双金属的结构，相对贵重的金属金在相对便宜的金属银表面外延 生长。其制备方法为室温条件下，在高度为0.05 0.15cm的容器内均匀铺展一层硝 酸银AgN03溶液，所述容器底部做为衬底，采用纯度为99.8%以上的高纯度薄铜片， 铜片厚度0.05mm-0.5mm，铜片的边缘面与AgN03溶液充分接触，进行2 4分钟的置 换反应，在衬底上生成一层纳米枝状Ag;去离子水清洗生成的纳米枝状Ag，再将其 浸泡在氯金酸HAuCU溶液里4 12分钟，在纳米枝状Ag表面置换外延生长金属金 Au，将所得产物分别在氯化钠NaCl溶液、去离子水中浸泡清洗，在氮气中晾干，制银/金双金属结构纳米材料。下面以具体实施列来说明本专利技术 实施例l本专利技术高效催化活性纳米材料的制备方法如下(1) 搭建如图2所示的制备装置依次用酒精，丙酮和去离子水清洗2cit^2cm的硅片3，后将其自然晾干；用双面胶 将四块厚度为0.1cm的玻璃片l粘贴在硅片上，使得四块玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效催化活性纳米材料，其特征是为枝状的银／金双金属纳米结构，兼备枝状的形态和Ａｇ／Ａｕ双金属的结构，相对贵重的金属金在相对便宜的金属银表面外延生长。

【技术特征摘要】
1、一种高效催化活性纳米材料，其特征是为枝状的银/金双金属纳米结构，兼备枝状的形态和Ag/Au双金属的结构，相对贵重的金属金在相对便宜的金属银表面外延生长。2、 权利要求1所述的高效催化活性纳米材料的制备方法，其特征是室温条件下， 在高度为0.05 0.15cm的容器内均匀铺展一层硝酸银AgNO3溶液，所述容器底部做为 衬底，采用纯度为99.8%以上的高纯度薄铜片，铜片厚度0.05mm-0.5mm，铜片的边缘 面与AgN03溶液充分接触，进行2 4分钟的置换反应，在衬底上生成一层纳米枝状 Ag;去离子水清洗生成的纳米枝状Ag，再将其浸泡在氯金酸HAuC4溶液里4 12分 钟，在纳米枝状Ag表面置换外延生长金属金Au，将所得产物分别在氯化钠NaCl溶液、 去离子水中浸泡清洗，在氮气中晾干，制得枝状银/金双金属结构纳米材料。3、 根据权利要求2所述的高效催化活性纳米材料的制备方法，其特征是容器以硅 衬底为底，容器壁为玻璃，在其中一侧容器壁与硅衬底之间设置铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥康，黄建峰，陆洪彬，韩发强，顾敏豪，胡坤，陈兰，唐少春，陆海鸣，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]