水相中Pt—Fe核殼納米球的制備

摘 要：本文用二價(jià)鐵鹽和硼氫化鈉，在水相中還原出鐵單質(zhì)，再迅速加入氯鉑酸快速攪拌，得到黑色沉淀。通過(guò)TEM進(jìn)行表征分析，黑色沉淀為200nm大小尺寸的納米球，對(duì)納米球進(jìn)行元素分析，其組成為Pt和Fe的核殼結(jié)構(gòu)。這是一種快速簡(jiǎn)便、綠色環(huán)保的制備核殼結(jié)構(gòu)的方法。

關(guān)鍵詞：納米球；核殼；納米材料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.231

1 引言

Pt和Pt基納米材料因其優(yōu)異的催化性能越來(lái)越受到人們的關(guān)注。然而，Pt的成本比較昂貴，限制了它在實(shí)際中應(yīng)用。目前科學(xué)家再做大量的研究，以期降低金屬鉑的成本，一般有三種方法，第一種，提高Pt的表面活性，增強(qiáng)催化效率，如，制備高指數(shù)晶面的鉑納米顆粒；第二種，用其他金屬或者非金屬替代，可以全部替代，也可以部分替代，如雙金屬Pt-M納米顆粒、三金屬納米顆粒，減少鉑的用量，鉑與其他金屬也能形成協(xié)同效應(yīng)，增強(qiáng)催化活性；第三種，制備一些核殼結(jié)構(gòu)，中空結(jié)構(gòu)的納米顆粒，鉑即可以是中間的核，也可以使外面的殼，能很好的增大鉑的接觸面積，同時(shí)利用金屬間的相互作用力，提高催化活性。核殼結(jié)構(gòu)的納米材料因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使人們能夠在納米尺度上對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行組裝，從而使核殼結(jié)構(gòu)的納米材料具有突出的特性，因此在半導(dǎo)體行業(yè)、生物技術(shù)方面和藥物輸送等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。近來(lái)，利用納米技術(shù)將納米粒子組裝成核殼結(jié)構(gòu)的催化材料成為催化領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，發(fā)展了諸如金屬@金屬、金屬@氧化物、金屬@碳材料、金屬@聚合物等不同類型的核殼結(jié)構(gòu)類催化劑，以及它們?cè)谥T多催化反應(yīng)中的應(yīng)用。在核殼納米球中，核是主體，殼在表層，這種結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定，即有核的主體作用，也有殼的協(xié)同作用，例如以SiO2為殼，由于硅烷試劑可選擇較多，能增加較多的功能基團(tuán)；核殼納米球的電子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可以得到特有的功能，如CdSe包裹ZnS。

一般的核殼納米結(jié)構(gòu)采用模板法制備，如以SiO2內(nèi)核，制備出核殼結(jié)構(gòu)后，再出去SiO2。而且大多數(shù)在油相中制備。本實(shí)驗(yàn)在水相中采用兩種金屬鹽，分步還原的方法合成核殼納米球。

2 試驗(yàn)部分

2.1 核殼納米球的制備

在50mL圓底燒瓶中，加入10mL 1wt%的PVP，攪拌下加入1mL 20mM的FeCl2溶液，攪拌1-2min，并迅速滴加3mL 40mM的NaBH4溶液，瓶中立即生成大量的沉淀，NaBH4溶液滴加完后攪拌一會(huì)，然后加入1mL 20mM H2PtCl6，這時(shí)瓶中沉淀會(huì)變成黑色，繼續(xù)攪拌，等氣泡消失后，用高速離心機(jī)離心。

2.2 核殼納米球的表征

TEM表征：將制備好的黑色沉淀用超純水洗滌幾次，超聲分散在無(wú)水乙醇中，滴在有碳膜的銅網(wǎng)上，密閉空間干燥。

元素分析：用TEM的mapping模式進(jìn)行元素分析。

3 結(jié)果與討論

我們用透射電鏡（TEM）分析黑色沉淀。圖1（a）和（b）為TEM圖片，從圖中可以看到，納米球的尺寸比較大，大概200nm左右，分散的較好，表面不是很光滑，密度比較大，不透光。

然后對(duì)單個(gè)納米球進(jìn)行元素分析，圖1（c）為納米球的mapping圖片。綠色和黃色都表示Pt元素的分部圖，基本將納米球全部覆蓋，由于mapping是面掃，很難分清是不是中空結(jié)構(gòu)；橙色顯示的是Fe元素的分部圖，相對(duì)Pt元素來(lái)說(shuō)比較少，只有邊緣薄薄一層；紅色是外圍空氣中的氧元素分部。

從元素分析可以看出，納米球大部分是由內(nèi)核Pt元素組成，外面覆蓋一層Fe元素的殼，并且Pt和Fe都有單質(zhì)存在，是否有合金還需進(jìn)一步的驗(yàn)證?？梢缘贸鲞@個(gè)納米球?yàn)镻t-Fe納米球，外面很少的一層Fe元素包裹這大量的Pt元素。

4 小結(jié)

本實(shí)驗(yàn)得到以下結(jié)論：

（1）找到了一種快速在水相中制備雙金屬納米球的方法。

（2）納米球中Pt和Fe的存在形式，有待進(jìn)一步研究。

（3）此方法有望推廣到其他雙金屬納米球的制備。

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作者簡(jiǎn)介：王帥（1987-），男，陜西岐山人，研究生，助教，研究方向：金屬納米材料合成制備應(yīng)用。endprint