一种金属纳米颗粒的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种金属纳米颗粒的制备方法；该方法以聚酰胺-胺类树枝状聚合物作为模板和分散剂，以甲醇作为还原剂，制得大小均一、稳定性高、具有优良催化活性的金属纳米颗粒；该方法操作简单，有很好的重复性，制得的纳米颗粒不需经过后处理便可直接应用于可见光分解水制氢体系。本发明专利技术还提供一种金属纳米颗粒的应用；它可以用于可见光分解水制氢体系。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料科学，能源科学和催化科学领域，具体地涉及一种金属纳米颗粒的应用。
技术介绍
太阳能作为一种清洁的可再生能源，是植物进行光合作用的能量源泉，同时也是地球上包括风能、水能、潮汐能等能源在内的总来源。长期以来，为应对正在面临的能源危机，人们一直努力寻找有效的途径利用太阳能。光化学转换是太阳能利用的重要形式之一，氢能被公认是可彻底解决能源问题的最有效手段之一，如果能利用清洁无污染的太阳能光催化分解水制氢，将太阳能转化为氢能，将从根本上解决人类面临的能源和环境问题。当前研究最多的均相太阳能分解水产氢体系是由光敏剂、电子载体和质子还原催化剂组成的三兀体系(Komatsu, T. eta. 1J. Am. Chem. Soc. , 2006, 128, 16297 ；Probst, B. etal.1norg.Chem.，2008, 48，1836)。该体系中反应通常是在牺牲体存在下进行，光致电子转移形成的敏化剂氧化态必须通过牺牲体还原再生。在催化产氢过程中，质子还原催化剂的催化效率往往成为氢气产生速率的关键性因素。因此，寻找更高效、更稳定的质子还原催化剂对于提高能源转换效率有着重要的意义。研究发现，金、钼、钯等贵金属具有良好的催化产氢性质。通常采用聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮等高分子作为分散剂来制备不同尺寸的金属纳米颗粒。但由于高分子的高分散性，导致其制备的金属纳米颗粒大小不均一。而金属颗粒的大小会明显影响催化剂的催化产氢效率(Varpness, Z. etal. Nano Lett. , 2005, 5, 2306)。因此,寻找一种制备大小可控、颗粒均一金属纳米催化剂的方法，对于提高贵金属的利用率，降低产氢成本有重要意义。近年来，Crooks、Tomalia和Esumi等研究组分别用聚酰胺_胺树枝状聚合物作为模板和分散剂，制备了大小均一、结构较为稳定的不同金属颗粒均相水溶液(Zhao，M.Q. eta.1J. Am. Chem. Soc.，1998，120，4877 ；Lajos, B. etal.1norg. Chem.，1998，120，7355 ；Kunio, E. etal. Langmuir.，1998，14，3157),其制备过程中需要加入过量的硼氢化钠作为还原剂，但硼氢化钠的加入速度能严重影响金属纳米颗粒的大小和稳定性，反应条件要求严格，重复性差；另外，加入的过量硼氢化钠不易从体系中除去，限制了其进一步应用。聚酰胺-胺树枝状聚合物分散的金属纳米颗粒在一些有机化学反应方面表现出很高的催化活性(Scott, R. W. J. ; Wilson, O.M. ; Crooks, R. M. J. Phys.Chem. B. , 2005, 109, 692-704; Niu, Y. H. ; Yeung, L. K. ; Crooks, R. M. J. Am. Chem.Soc. 2001, 123, 6840-6846 ; Scott, R. ff. J. ; Wi I son, 0. M. ;0h, S. K. ;Kenik, E. A. ; Crooks, R.M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126，15583-15591.)，但将其用于光分解水制氢体系中还没有相关的研究和报道。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种金属纳米颗粒的制备方法；该方法以聚酰胺-胺类树枝状聚合物作为模板和分散剂，以甲醇作为还原剂，制得大小均一、稳定性高、具有优良催化活性的金属纳米颗粒；该方法操作简单，有很好的重复性，制得的纳米颗粒不需经过后处理便可直接应用于可见光分解水制氢体系。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种金属纳米颗粒的应用；它可以用于可见光分解水制氢体系。为解决上述第一个技术问题，本专利技术提供一种金属纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤I)将聚酰胺-胺类树枝状聚合物加入水中，搅拌使充分分散；2)向步骤I)得到的含聚酰胺-胺类树枝状聚合物的水溶液中加入金属离子，继续搅拌使两者充分结合；3)继续搅拌，向步骤2)得到的吸附有金属离子的聚酰胺-胺类树枝状聚合物水溶液中加入甲醇，无氧条件下加热回流4小时，降至室温，除去反应液中的甲醇，得到聚酰胺-胺类聚合物分散的金属纳米颗粒。所述步骤I)中，所述聚酰胺-胺类树枝状聚合物的内部为多酰胺结构，外围官能团为羧基、羟基、氨基、巯基、磺酸基、磺胺基、膦酰基、膦酰氨基、磷酸盐、二羟硼基、硅烷醇、甲酰基、酰基或酰胺基。所述聚酰胺-胺类树枝状聚合物分子包括2代 10代。所述聚酰胺-胺类树枝状聚合物分子大小为Inm 20nm。所述步骤I)是在温度0°C 100°C条件下进行；优选地，在10°C 40°C条件下进行。所述步骤I)中，得到的含聚酰胺-胺类树枝状聚合物的水溶液浓度为I X IO-10M 1X10-1M。所述步骤2)中，所述金属离子包括银、金、钼、钯、铜、汞的离子；优选地，所述金属离子为金、钼、钯的离子。所述金属离子还包括通过配位络合作用结合的金属离子，如PtCl42+、AuCl4+等。所述金属离子还包括某些含金属络合酸，如H2PtCl6等。所述步骤2)中，加入金属离子是将一种或两种以上金属离子加入含聚酰胺-胺类树枝状聚合物的水溶液。所述步骤3)中，加入的甲醇与吸附有金属离子的聚酰胺-胺类树枝状聚合物水溶液的体积比为1:1。所述步骤3)制得的金属纳米颗粒是单一元素的金属纳米颗粒。所述步骤3)制得的金属纳米颗粒是两种或两种以上金属均匀掺杂的纳米颗粒。所述步骤3)制得的金属纳米颗粒是两种或两种以上金属以核壳结构形成的纳米颗粒。所述聚酰胺-胺(PAMAM)类树枝状聚合物可以是单分子分散单个金属纳米颗粒，也可以是多个聚酰胺-胺(PAMAM)类树枝状聚合物分子共同参与稳定一个金属纳米颗粒。所述搅拌可以配合超声分散一起作用。本制备方法利用甲醇作为还原剂，还原条件温和，不会出现金属离子迅速还原而析出沉淀的情况，反应条件易于控制，重复性好，还原后体系中甲醇易于除去，不会引入新的组分，可以直接用于相应的催化体系。为解决上述第二个技术问题，本专利技术提供了一种金属纳米颗粒用于光催化产氢，包括以下步骤:I)将光敏剂、牺牲体、电子载体和上述制得的的金属纳米颗粒溶于水和乙腈的混合溶液中，混合均匀，调节pH至3 13 ;2)对反应容器除氧，打入甲烷作为内标气；3)用可见光光照0.5小时 1000小时。所述步骤I)中，所述光敏剂、牺牲体、电子载体分别为三联吡啶钼配合物(Pt-tpy+)、三乙醇胺(TEOA)、溴-乙基紫精(EV-Br2+)，具有如下结构:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属纳米颗粒的用途，其特征在于，所述金属纳米颗粒在催化产氢中的应用包括以下步骤：1）将光敏剂、牺牲体、电子载体和上述制得的的金属纳米颗粒溶于水和乙腈的混合溶液中，混合均匀，调节pH至3～13；2）对反应容器除氧，打入甲烷作为内标气；3）用可见光光照0.5小时～1000小时。

【技术特征摘要】
1.一种金属纳米颗粒的用途，其特征在于，所述金属纳米颗粒在催化产氢中的应用包括以下步骤: 1)将光敏剂、牺牲体、电子载体和上述制得的的金属纳米颗粒溶于水和乙腈的混合溶液中，混合均勻，调节pH至3 13 ; 2)对反应容器除氧，打入甲烷作为内标气； 3)用可见光光照0.5小时 1000小时。2.根据权利要求1所述的一种金属纳米颗粒的用途，其特征在于，所述步骤I)中，所述光敏剂、牺牲体、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李嫕，于天君，陈金平，曾毅，李迎迎，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：