水溶性一維金鈀合金納米線的合成方法與流程
2023-08-07 19:30:16
本發明涉及一種通過一步法製備組分可調、高乙醇催化性能的金鈀合金納米線的方法，屬於貴金屬納米顆粒合成技術領域。
背景技術：
科技在進步，能源的發展迫在眉睫，能源技術越來越成為一個國家經濟發展與生活質量的重要指標。然而由於長時間無節制的開採石油，煤炭等傳統燃料，不僅給人們帶來了日益嚴峻的能源危機，而且為自身的生存環境帶來了極大的傷害，諸如溫室效應帶來的氣候的反常，酸雨，霧霾，臭氧層的破壞等等。因此，尋求一種高效、清潔、可再生的新能源技術已經迫在眉睫。燃料電池是一種不經過燃燒而以電化學反應方式將燃料的化學能直接變為電能的發電裝置，可以用天然氣、石油液化氣、乙醇等作為燃料，具有高效率、無汙染、建設周期短、易維護以及成本低等誘人特點，不僅是汽車最有前途的替代清潔能源，還能廣泛用於太空梭、潛艇、通訊系統、家用電源，又非常適合提供移動、分散電源和接近終端用戶的電力供給等，市場前景十分廣闊。
同時隨著燃料電池鹼性陰離子交換膜的發展，Pd基催化劑較Pt基催化劑在鹼性條件下有著更好的乙醇催化氧化性能。眾所周知，催化劑的催化性能與它們的結構、組成、形態(包括表面組成)有著密切的聯繫。在各種類型的納米結構中，一維納米線狀結構更是成為人們研究的熱點，線狀納米材料具有更多的活性位點以及高的比表面積，這些優勢極大的提升了它的催化和傳感性能。此外，納米線很容易形成金屬的凝膠而成為一種自支撐的材料從而增強催化過程中電子的傳輸性能，同時可以避免碳載體的腐蝕和氧化。目前用來製備一維線狀納米材料的方法有很多，例如欠電位沉積法，溼化學法，模板導向法和修飾相轉移法等等。但是目前報導的以上製備一維線狀納米材料的方法還是有點複雜的，至少可以說還是需要模板的。因此尋找一種一步法製備Pd基線狀納米線材料催化劑的方法迫在眉睫。同時Au元素在抗CO中毒方面有著卓越的性能，金鈀納米複合材料的合成為鈀催化劑中毒的問題提供了一種有效的解決途徑，因此金鈀合金納米線可以說是燃料電池的電極催化材料中最佳備選。
技術實現要素：
本發明針對現有一維金鈀合金納米線的製備技術存在的不足，提供一種操作簡單、合成快捷的乙醇催化性能高的水溶性一維金鈀合金納米線的合成方法。
本發明的水溶性一維金鈀合金納米線的合成方法，包括以下步驟：
(1)使用超純水將所需原料檸檬酸鈉(還原劑、穩定劑)、氯金酸(可溶性前驅體)和氯鈀酸鈉(可溶性前驅體)分別配製成質量百分比濃度為1％-3％的檸檬酸鈉溶液、質量百分比濃度為1％-3％的氯金酸溶液和摩爾濃度為3-9毫摩爾/升的氯鈀酸鈉溶液；
(2)按體積比3:1:1的比例分別量取步驟(1)配製的檸檬酸鈉溶液、氯金酸溶液和水，混合攪拌10-16分鐘，形成預混液；
(3)按預混液與超純水體積比1:4-14.632的比例，將預混液加入到水中，形成反應液；
(4)按步驟(1)配製的氯鈀酸鈉溶液與反應液中的氯金酸溶液(也就是步驟(3)中的預混液中含有的氯金酸溶液(預混時已反應的部分氯金酸忽略不計))的體積比為0.4-1.33：1的體積比將氯鈀酸鈉溶液加入到反應液中，室溫攪拌反應2-12小時，即獲得形貌均一且高乙醇催化性能的一維金鈀合金納米線結構。
本發明通過鈀在檸檬酸鈉還原氯金酸原位生成的金納米線上的欠電位沉積一步法製備了組分可調的水溶性金鈀合金納米新結構，相對於其它的合成方法，該方法操作簡單，能夠獲得其它現有方法無法得到的高質量、組分可調、水溶性的一維金鈀合金納米線結構。
附圖說明
圖1為本發明合成的水溶性一維金鈀合金納米線的透射電子顯微鏡照片。
其中：a-h分別為實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5、實施例6、實施例7和實施例8得到的金鈀摩爾比分別為6、8、10、12、14、16、18和20的一維金鈀合金納米線的透射電子顯微鏡照片，線的直徑均約9納米。
具體實施方式
實施例1
首先將所用玻璃器皿(5毫升的血清瓶)放入新配製的王水中浸泡2小時，再用硝酸鈉飽和溶液和超純水清洗，烘乾備用。
使用超純水將所需原料檸檬酸鈉、氯金酸、氯鈀酸鈉分別配製成溶液，其中檸檬酸鈉溶液的質量百分比濃度為1％，氯金酸溶液的質量百分比濃度為1％，氯鈀酸鈉溶液的摩爾濃度為3.1毫摩爾/升。
按體積比3：1:1的比例分別稱取檸檬酸鈉溶液1.5毫升、氯金酸溶液0.5毫升和水0.5毫升，混合，攪拌反應10-16分鐘，形成預混液。
取500微升該預混液加入到2000微升超純水中(預混液與超純水體積比1:4)，形成反應液。隨即加入133.3微升的氯鈀酸鈉溶液(氯鈀酸鈉溶液與500微升預混液中的氯金酸溶液的體積比為1.33：1)，室溫攪拌反應2-12小時，即可獲得金鈀摩爾比為6的一維金鈀合金納米線。
本實施例獲得的金鈀合金納米線的透射電鏡照片如圖1中a所示。
實施例2
本實施例與實施例1不同之處是，配製的檸檬酸鈉溶液質量百分比濃度為2％，氯金酸溶液質量百分比濃度為2％，氯鈀酸鈉溶液摩爾濃度為5毫摩爾/升。
取500微升該預混液加入到4642微升超純水中(預混液與超純水體積比1:9.284)，氯鈀酸鈉溶液的用量是124微升(氯鈀酸鈉溶液與500微升預混液中的氯金酸溶液的體積比為1.24：1)，檸檬酸鈉溶液、氯金酸溶液和氯鈀酸鈉溶液的體積比為3:1:1.24(300微升、100微升和124微升)。
其餘條件均與實施例1相同，可獲得金鈀摩爾比為8的金鈀合金納米線，其透射電鏡照片如圖1中b所示。
實施例3
本實施例與實施例1不同之處是，配製的檸檬酸鈉溶液質量百分比濃度為3％，氯金酸溶液質量百分比濃度為3％，氯鈀酸鈉溶液摩爾濃度為9毫摩爾/升。
取500微升該預混液加入到7316微升超純水中(預混液與超純水體積比1:14.632)，氯鈀酸鈉溶液的用量是83微升(氯鈀酸鈉溶液與500微升預混液中的氯金酸溶液的體積比為0.83：1)，檸檬酸鈉溶液、氯金酸溶液和氯鈀酸鈉溶液的體積比為3:1:0.83(300微升、100微升和83微升)。
其餘條件均與實施例1相同，可獲得金鈀摩爾比為10的金鈀合金納米線，其透射電鏡照片如圖1中c所示。
實施例4
本實施例與實施例1不同之處是，配製的檸檬酸鈉溶液質量百分比濃度為1.5％，氯金酸溶液質量百分比濃度為1.5％，氯鈀酸鈉溶液摩爾濃度為4毫摩爾/升。
取500微升該預混液加入到3372微升超純水中(預混液與超純水體積比1:6.744)，氯鈀酸鈉溶液的用量是77.5微升(氯鈀酸鈉溶液與500微升預混液中的氯金酸溶液的體積比為0.775：1)，檸檬酸鈉溶液、氯金酸溶液、和氯鈀酸鈉溶液的體積比為3:1:0.775(300微升、100微升和77.5微升)。
其餘條件均與實施例1相同，可獲得金鈀摩爾比為12的金鈀合金納米線，其透射電鏡照片如圖1中d所示。
實施例5
本實施例與實施例1不同之處是，配製的檸檬酸鈉溶液質量百分比濃度為2.5％，氯金酸溶液質量百分比濃度為2.5％，氯鈀酸鈉溶液摩爾濃度為6毫摩爾/升。
取500微升該預混液加入到6008.7微升超純水中(預混液與超純水體積比1:12.017)，氯鈀酸鈉溶液的用量是73.8微升(氯鈀酸鈉溶液與500微升預混液中的氯金酸溶液的體積比為0.738：1)，檸檬酸鈉溶液、氯金酸溶液和氯鈀酸鈉溶液的體積比為3:1:0.738(300微升、100微升和73.8微升)。
其餘條件均與實施例1相同，可獲得金鈀摩爾比為14的金鈀合金納米線，其透射電鏡照片如圖1中e所示。
實施例6
本實施例與實施例1不同之處是，取500微升該預混液加入到2083微升超純水中(預混液與超純水體積比1:4.166)，氯鈀酸鈉溶液的用量是50微升(氯鈀酸鈉溶液與500微升預混液中的氯金酸溶液的體積比為0.5：1)，檸檬酸鈉溶液、氯金酸溶液、和氯鈀酸鈉溶液的體積比為3:1:0.5(300微升、100微升和50微升)。
其餘條件均與實施例1相同，可獲得金鈀摩爾比為16的金鈀合金納米線，其透射電鏡照片如圖1中f所示。
實施例7
本實施例與實施例1不同之處是，取500微升該預混液加入到2089微升超純水中(預混液與超純水體積比1:4.178)，氯鈀酸鈉溶液的用量是44.4微升(氯鈀酸鈉溶液與500微升預混液中的氯金酸溶液的體積比為0.444：1)，檸檬酸鈉溶液、氯金酸溶液和氯鈀酸鈉溶液的體積比為3:1:0.44(300微升、100微升和44.4微升)。
其餘條件均與實施例1相同，可獲得金鈀摩爾比為18的金鈀合金納米線，其透射電鏡照片如圖1中g所示。
實施例8
本實施例與實施例1不同之處是，取500微升該預混液加入到2100微升超純水中(預混液與超純水體積比1:4.2)，氯鈀酸鈉溶液的用量是40微升(氯鈀酸鈉溶液與500微升預混液中的氯金酸溶液的體積比為0.4：1)，檸檬酸鈉溶液、氯金酸溶液和氯鈀酸鈉溶液的體積比為3:1:0.4(300微升、100微升和40微升)。
其餘條件均與實施例1相同，可獲得金鈀摩爾比為18的金鈀合金納米線，其透射電鏡照片如圖1中h所示。