一种PtCu空心纳米颗粒的制备方法与流程

一种ptcu空心纳米颗粒的制备方法
技术领域
1.本发明属于微纳米材料制备技术领域，具体涉及一种ptcu空心纳米颗粒的制备。


背景技术：

2.质子交换膜燃料电池由于其功率密度较高，启动快速和设计紧凑，在近几十年来备受关注。一般情况下，发生氧还原反应的阴极动力学缓慢，需要使用pt类催化剂。然而，pt类催化剂的高成本阻碍了质子交换膜燃料电池的大规模商业化，所以，期望通过开发高活性的氧还原反应催化剂来减少质子交换膜燃料电池的阴极中pt的使用量。为了提高pt的氧还原反应活性，不但需要提高催化剂中pt原子的利用率，而且还需要提高每个pt位点的活性。pt合金由于其几何和电子效应，已显示出比原始pt更高的比活性。而cu是一种重要的催化剂，在电催化反应，如甲醇氧化、乙醇氧化、氢气析出、氧气还原、氧气析出等众多反应中均具有优异的催化效果。同时，cu是一种非贵金属，它的价格低廉，地球储量丰富，如何进一步改变其性能，使其更好地被利用是当前研究的热点。先前的研究表明，pt与过渡金属合金化可以增强电化学反应活性。合成具有特定组成、结构的纳米晶是提升催化剂性能的有效手段。制备合金材料可以调控纳米晶的电子结构，而空心结构可以增大纳米晶的表面积，并展现出一些特殊晶面的位点。但是需要对材料的合成具有高的要求，实现对纳米材料组成、形貌的调控，而目前的合成方法无法满足使用需求。因此，亟待开发出一种新的合成体系，使之能够可控制备出具有空心结构cupt纳米晶。


技术实现要素：

[0003] 本发明的目的在于提供一种ptcu空心纳米颗粒的制备方法，所需药品一次加入，合成方法简单易操作。具体包括如下步骤：步骤1：液相还原法制备铜颗粒（01）将一定量的乙酰丙酮铜，0.0517g 1，2-十六烷二醇和有机溶剂依次加入到三口烧瓶中，超声分散形成均匀稳定的胶体溶液后，除去瓶内的湿气和氧。
[0004]
步骤（01）中，所述有机溶剂为1-十八烯、油胺、1-十四烯、油酸、二十二烷中的一种或几种。为1-十八烯、1-十四烯、二十二烷、油醇中的一种或几种。
[0005]
步骤（01）中，一定乙酰丙酮铜的量选自0.0100g~0.8000g。
[0006]
（02）加热至一定温度，并保持一定时间，得到有机物包覆的铜纳米颗粒。将产物置于环己烷中保存，得到铜纳米颗粒分散液。
[0007]
步骤（02）中，所述一定温度选自180℃～250℃。
[0008]
步骤（02）中，所述一定时间选自30min～180min。
[0009]
步骤2：液相还原法制备ptcu中空纳米颗粒（03）将一定量的 1，2-十六烷二醇和有机溶剂依次加入到三口烧瓶中，超声分散后，除去瓶内的湿气和氧。
[0010]
步骤（03）中，所述有机溶剂为油胺、油酸、三辛基膦、三辛基氧膦、十八烯、二苯醚、
辛醚中的一种或几种。
[0011]
步骤（03）中，一定十六烷二醇的量选自0.0100g~0.8000g。
[0012]
（04）将（03）中的混合溶液加热到180℃，将步骤（02）得到的铜纳米颗粒分散液直接注入，随后继续升温至一定温度，将事先准备好的溶于邻二氯苯的一定量的乙酰丙酮铂直接注入，在该温度下反应60min，得到ptcu空心纳米颗粒。
[0013]
步骤（04）中，所述一定温度选自160℃～220℃。
[0014]
步骤（04）中，所述一定量的乙酰丙酮铂可以是0.0100g~0.8000g。
[0015]
本发明的技术原理是：由于柯肯达尔效应，ptcu纳米颗粒内部的铂原子与铜原子的扩散速率不同，从而形成具有中空结构的ptcu纳米颗粒。
[0016]
本发明的有益效果是：液相还原法的实验条件精确可控，得到的颗粒尺寸形貌完整粒径均一。本发明将液相还原法应用于ptcu空心纳米颗粒的合成，是一种新型ptcu空心纳米颗粒的制备方法。液相还原法与水热法的不同之处在于所使用的溶剂为有机溶剂而不是水。本发明通过液相还原法，将铜源分散在还原剂中，通过改变温度、时间等条件调节反应过程。该过程在密闭体系中进行，可以有效地防止有毒物质的挥发。空心结构具有更大的比表面积，能够提供更多的表面活性位点，有利于氧还原等反应的进行。
附图说明
[0017]
图1为本发明实施例1所得ptcu空心纳米颗粒的xrd图。
[0018]
图2为本发明实施例1所得ptcu空心纳米颗粒的tem图。
[0019]
图3为本发明实施例1所得ptcu空心纳米颗粒的极化曲线图。
[0020]
图4为本发明实施例2所得ptcu空心纳米颗粒的xrd图。
[0021]
图5为本发明实施例2所得ptcu空心纳米颗粒的tem图。
[0022]
图6为本发明实施例2所得ptcu空心纳米颗粒的极化曲线图。
具体实施方式
[0023]
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0024]
实施例1（01）将0.1700g乙酰丙酮铜，0.0517g 1，2-十六烷二醇和10ml油胺溶液依次加入到三口烧瓶中，超声分散形成均匀稳定的胶体溶液后，除去瓶内的湿气和氧。
[0025]
（02）加热至230℃，并保持120min，得到有机物包覆的铜纳米颗粒。
[0026]
（03）使用乙醇洗去（02）铜纳米颗粒表面的有机物，重复多次，将产物置于环己烷溶液中保存，得到铜纳米颗粒分散液。
[0027]
（04）将0.0337 g 1，2-十六烷二醇、10ml油胺和1ml油酸依次加入到三口烧瓶中，超声分散后，除去瓶内的湿气和氧。
[0028]
（05）将（04）中的混合溶液加热到180℃，将步骤（03）得到的铜纳米颗粒分散液直接注入，随后继续升温至210℃，将事先准备好的溶于邻二氯苯的0.0204g的乙酰丙酮铂直接注入，在该温度下反应60min，得到有机物包覆的ptcu空心纳米颗粒。
[0029]
（06）使用环己烷和乙醇洗去（05）ptcu空心纳米颗粒表面的有机物，重复多次，将
产物置于环己烷中保存，得到ptcu空心纳米颗粒分散液。最终将其负载到碳粉上，以便后续测试。
[0030]
如图1所示，实施例1所得ptcu空心纳米颗粒的成分为cu与pt的合金相。
[0031]
如图2所示，实施例1所得ptcu空心纳米颗粒呈现空心球状。
[0032]
如图3所示，实施例1所得ptcu空心纳米颗粒催化剂极化曲线的半波电位达0.91v。
[0033]
实施例2（01）将0.1708g乙酰丙酮铜，0.0517g 1，2-十六烷二醇和10ml油胺溶液依次加入到三口烧瓶中，超声分散形成均匀稳定的胶体溶液后，除去瓶内的湿气和氧。
[0034]
（02）加热至230℃，并保持120min，得到有机物包覆的铜纳米颗粒。
[0035]
（03）使用乙醇洗去（02）铜纳米颗粒表面的有机物，重复多次，将产物置于环己烷溶液中保存，得到铜纳米颗粒分散液。
[0036]
（04）将0.0334g 1，2-十六烷二醇、10ml油胺和1ml油酸依次加入到三口烧瓶中，超声分散后，除去瓶内的湿气和氧。
[0037]
（05）将（04）中的混合溶液加热到180℃，将步骤（03）得到的铜纳米颗粒分散液直接注入，随后继续升温至210℃，将事先准备好的溶于邻二氯苯的0.0410g的乙酰丙酮铂直接注入，在该温度下反应60min，得到有机物包覆的ptcu空心纳米颗粒。
[0038]
（06）使用环己烷和乙醇洗去（05）ptcu空心纳米颗粒表面的有机物，重复多次，将产物置于环己烷中保存，得到ptcu空心纳米颗粒分散液。最终将其负载到碳粉上，以便后续测试。
[0039]
如图4所示，实施例2所得ptcu空心纳米颗粒的成分为cu与pt的合金相。
[0040]
如图5所示，实施例2所得ptcu空心纳米颗粒呈现空心球状。
[0041]
如图6所示，实施例2所得ptcu空心纳米颗粒催化剂极化曲线的半波电位达0.91v。