一種鉑納米粒子及其制備方法
【專利摘要】本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N鉑納米粒子，包括：核心；與所述核心相連的5條側(cè)臂。本申請(qǐng)?zhí)峁┑你K納米粒子在粒子核心外緣具有向外延伸的5條枝化側(cè)臂，這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)能夠提高鉑納米粒子的比表面積和活性，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的催化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于商用鉑黑，本申請(qǐng)?zhí)峁┑你K納米粒子作為甲酸電氧化實(shí)驗(yàn)的催化劑時(shí)，比峰電流密度提高了6mA/cm2以上，2000秒后的剩余電流密度提高了1.9mA/cm2以上。
【專利說(shuō)明】一種鉆納米粒子及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鉬納米粒子及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]納米是一個(gè)特殊尺寸范疇,I納米等于十億分之一米，而當(dāng)物質(zhì)小到納米的尺度時(shí)，由于這個(gè)尺度正好是原子和分子相互作用的空間，因此，處于這個(gè)尺度的物質(zhì)具有極其特殊的物理和化學(xué)性能。
[0003]納米材料是指在三維空間中至少一維處于納米尺度范圍或由他們作為基本單元構(gòu)成的材料。按維數(shù)劃分，納米材料的基本單元可以分為三類:(I)零維納米材料，指在三維空間中三維尺度均在納米尺度，如納米球、原子團(tuán)簇等；(2) —維納米材料，指在三維空間中有兩維處于納米尺度，如納米棒、納米線、納米管等；(3) 二維納米材料，指在三維空間中有一維在納米尺度，如超薄膜、多層膜、超晶格等。
[0004]由于納米材料的結(jié)構(gòu)、尺寸既不同于體塊材料，也不同于單個(gè)原子，使其具備了特殊的結(jié)構(gòu)效應(yīng)，例如表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，而其特殊的結(jié)構(gòu)效應(yīng)使得納米材料作為催化劑時(shí)的催化活性和選擇性大大優(yōu)于傳統(tǒng)催化劑。國(guó)際上已經(jīng)將納米催化劑作為第四代催化劑進(jìn)行研究和開發(fā)。
[0005]鉬納米粒子是目前研究最為廣泛的納米催化劑之一，其在一氧化碳/氮氧化物的氧化、石油裂解、燃料電池、水分解等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，但現(xiàn)有的鉬納米粒子的催化性能依然難以令人滿意。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種鉬納米粒子及其制備方法，本發(fā)明提供的鉬納米粒子具有良好的催化性能。
[0007]本發(fā)明提供了一種鉬納米粒子，包括:
[0008]核心；
[0009]與所述核心相連的5條側(cè)臂。
[0010]優(yōu)選的，所述鉬納米粒子的粒徑小于800nm。
[0011]優(yōu)選的，所述5條側(cè)臂位于同一平面內(nèi)。
[0012]優(yōu)選的，所述5條側(cè)臂平均分布。
[0013]優(yōu)選的，所述鉬納米粒子在5條側(cè)臂所在平面內(nèi)的尺寸大于垂直于該平面的尺寸。
[0014]本發(fā)明提供了一種鉬納米粒子的制備方法，包括以下步驟:
[0015]a、乙酰丙酮鉬、油胺和三丙胺混合，進(jìn)行反應(yīng)，得到鉬納米粒子；
[0016]所述乙酰丙酮鉬、油胺和三丙胺的質(zhì)量比為5:2.5?4.2:2.3?3.7 ;
[0017]所述反應(yīng)的時(shí)間為1h以上。
[0018]優(yōu)選的，所述反應(yīng)的溫度為150?220°C。
[0019]優(yōu)選的，所述反應(yīng)的時(shí)間為10?24h。
[0020]優(yōu)選的，所述混合的方式為超聲波振動(dòng)。
[0021]優(yōu)選的，所述超聲波振動(dòng)的時(shí)間為5?60min。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種鉬納米粒子，包括:核心；與所述核心相連的5條側(cè)臂。本發(fā)明提供的鉬納米粒子在粒子核心外緣具有向外延伸的5條枝化側(cè)臂，這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)能夠提高鉬納米粒子的比表面積和活性，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的催化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于商用鉬黑，本發(fā)明提供的鉬納米粒子作為甲酸電氧化實(shí)驗(yàn)的催化劑時(shí)，比峰電流密度提高了 6mA/cm2以上，2000秒后的剩余電流密度提高了 1.9mA/cm2以上。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1是實(shí)施例1制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖；
[0025]圖2是實(shí)施例1制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖；
[0026]圖3是實(shí)施例1制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖；
[0027]圖4是實(shí)施例2制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖；
[0028]圖5是實(shí)施例3制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖；
[0029]圖6是對(duì)比例I制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖；
[0030]圖7是對(duì)比例2制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖；
[0031]圖8是對(duì)比例3制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖；
[0032]圖9是實(shí)施例1制備的鉬納米粒子和商用鉬黑在甲酸和硫酸的混合溶液中的循環(huán)伏安曲線圖；
[0033]圖10是實(shí)施例1制備的鉬納米粒子和商用鉬黑在甲酸和硫酸的混合溶液中的電流密度隨時(shí)間的變化曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0035]本發(fā)明提供了一種鉬納米粒子包括:
[0036]核心；
[0037]與所述核心相連的5條側(cè)臂。
[0038]本發(fā)明提供的鉬納米粒子包括核心以及與核心相連向外伸展的5條側(cè)臂。所述5條側(cè)臂優(yōu)選位于同一平面內(nèi)，所述位于同一平面內(nèi)的五條側(cè)臂優(yōu)選為平均分布。5條側(cè)臂的這種特殊分布方式使本發(fā)明提供的鉬納米粒子具有類五角星形的形狀。本發(fā)明提供的鉬納米粒子的粒徑優(yōu)選小于800nm，所述鉬納米粒子在所述5條側(cè)臂所在平面內(nèi)的尺寸優(yōu)選大于垂直于該平面的尺寸。所述鉬納米粒子在所述5條側(cè)臂所在平面內(nèi)的尺寸優(yōu)選為300?800nm,在垂直于該平面的尺寸優(yōu)選為10?lOOnm。
[0039]本發(fā)明提供了一種全新形狀的鉬納米粒子，該鉬納米粒子由核心和與核心相連的5條枝化側(cè)臂組成，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)能夠提高鉬納米粒子的比表面積和活性，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的催化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相比于商用鉬黑，本發(fā)明提供的鉬納米粒子作為甲酸電氧化實(shí)驗(yàn)的催化劑時(shí)，比峰電流密度提高了 6mA/cm2以上，2000秒后的剩余電流密度提高了
1.9mA/cm2 以上。
[0040]本發(fā)明提供了一種鉬納米粒子的制備方法，包括以下步驟:
[0041]a、乙酰丙酮鉬、油胺和三丙胺混合，下進(jìn)行反應(yīng)，得到鉬納米粒子；
[0042]所述乙酰丙酮鉬、油胺和三丙胺的質(zhì)量比為5:2.5?4.2:2.3?3.7 ;
[0043]所述反應(yīng)的時(shí)間為1h以上。
[0044]本發(fā)明直接將乙酰丙酮鉬、油胺和三丙胺混合，進(jìn)行反應(yīng)，即可得到鉬納米粒子。所述乙酰丙酮鉬、油胺和三丙胺的質(zhì)量比為5:2.5?4.2:2.3?3.7，優(yōu)選為5:3.3?
3.8:2.6?3.7。所述反應(yīng)的時(shí)間為1h以上，優(yōu)選為10?24h，更優(yōu)選為12?18h。所述反應(yīng)的溫度優(yōu)選為150?220°C，更優(yōu)選為160?180°C。所述混合的方式優(yōu)選為超聲波振動(dòng)。所述超聲波振動(dòng)的時(shí)間優(yōu)選為5?60min，更優(yōu)選為30?40min。
[0045]本發(fā)明以油胺和三丙胺的混合液作為反應(yīng)溶劑，以乙酰丙酮鉬作為前驅(qū)體，采用一鍋溶劑熱法制得了類五角星形的鉬納米粒子，該方法操作簡(jiǎn)單，僅需一步反應(yīng)即可制得女口廣叩ο
[0046]為更清楚起見，下面通過(guò)以下實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0047]實(shí)施例1
[0048]將5mg乙酰丙酮鉬溶解在4mL油胺和4mL三丙胺的混合溶劑中，30分鐘超聲波振動(dòng)之后，將溶液倒入反應(yīng)爸，170°C反應(yīng)12h,得到鉬納米粒子。
[0049]利用掃描電子顯微鏡觀察上述制備的鉬納米粒子，結(jié)果如圖1?圖3所示。圖1是實(shí)施例1制備的鉬納米粒子的的掃描電鏡圖，通過(guò)圖1可以看出，實(shí)施例1制備的鉬納米粒子包括核心和與核心相連的5條側(cè)臂，5條側(cè)臂在同一平面內(nèi)平均分布，具有類五角星形的形狀，該鉬納米粒子在5條側(cè)臂所在平面內(nèi)的尺寸為400?600nm。圖2是實(shí)施例1制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖，圖3是實(shí)施例1制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖，通過(guò)圖2、圖3可以看出，實(shí)施例1制備的鉬納米粒子主要呈類五角星形，且粒子粒徑分布均勻。
[0050]實(shí)施例2
[0051]將1mg乙酰丙酮鉬溶解在8mL油胺和8mL三丙胺的混合溶劑中，30分鐘超聲波振動(dòng)之后，將溶液倒入反應(yīng)爸，160°C反應(yīng)18h,得到鉬納米粒子。
[0052]利用掃描電子顯微鏡觀察上述制備的鉬納米粒子，結(jié)果如圖4所示。圖4是實(shí)施例2制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖，通過(guò)圖4可以看出，實(shí)施例2制備的鉬納米粒子主要呈類五角星形。
[0053]實(shí)施例3
[0054]將5mg乙酰丙酮鉬溶解在4mL油胺和5mL三丙胺的混合溶劑中，40分鐘超聲波振動(dòng)之后，將溶液倒入反應(yīng)爸，180°C反應(yīng)14h,得到鉬納米粒子。
[0055]利用掃描電子顯微鏡觀察上述制備的鉬納米粒子，結(jié)果如圖5所示。圖5是實(shí)施例3制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖，通過(guò)圖5可以看出，實(shí)施例3制備的鉬納米粒子主要呈類五角星形。
[0056]實(shí)施例4
[0057]將5mg乙酰丙酮鉬溶解在4.5mL油胺和3.5mL三丙胺的混合溶劑中，30分鐘超聲波振動(dòng)之后，將溶液倒入反應(yīng)釜，170°C反應(yīng)12h，得到鉬納米粒子。
[0058]利用掃描電子顯微鏡觀察上述制備的鉬納米粒子，結(jié)果表明，實(shí)施例4制備的鉬納米粒子主要呈類五角星形。
[0059]對(duì)比例I
[0060]將5mg乙酰丙酮鉬溶解在4mL油胺和4mL三丙胺的混合溶劑中，30分子超聲波振動(dòng)之后，將溶液倒入反應(yīng)爸，170°C反應(yīng)6h,得到鉬納米粒子。
[0061]利用掃描電子顯微鏡觀察上述制備的鉬納米粒子，結(jié)果如圖6所示。圖6是對(duì)比例I制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖，通過(guò)圖6可以看出，對(duì)比例I制備的鉬納米粒子主要呈三角形。
[0062]對(duì)比例2
[0063]將5mg乙酰丙酮鉬溶解在2mL油胺和6mL三丙胺的混合溶劑中，30分子超聲波振動(dòng)之后，將溶液倒入反應(yīng)爸，170°C反應(yīng)12h,得到鉬納米粒子。
[0064]利用掃描電子顯微鏡觀察上述制備的鉬納米粒子，測(cè)試結(jié)果如圖7所示。圖7是對(duì)比例2制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖，通過(guò)圖7可以看出，對(duì)比例2制備的鉬納米粒子多為不規(guī)則形狀，粒徑分布不均。
[0065]對(duì)比例3
[0066]將5mg乙酰丙酮鉬溶解在6mL油胺和2mL三丙胺的混合溶劑中，30分子超聲波振動(dòng)之后，將溶液倒入反應(yīng)爸，170°C反應(yīng)12h,得到鉬納米粒子。
[0067]利用掃描電子顯微鏡觀察上述制備的鉬納米粒子，測(cè)試結(jié)果如圖8所示。圖8是對(duì)比例3制備的鉬納米粒子的掃描電鏡圖，通過(guò)圖8可以看出，對(duì)比例3制備的鉬納米粒子主要呈相互交叉的針狀結(jié)構(gòu)。
[0068]實(shí)施例5
[0069]鉬納米粒子催化性能測(cè)試
[0070]將實(shí)施例1制得的鉬納米粒子和商用鉬黑在70°C條件下在乙酸中處理6h，將處理后的實(shí)施例1制得的鉬納米粒子和商用鉬黑分別分散在水/異丙醇/10wt% Nat1n的混合液(4/1/0.05v/v/v)中，將含實(shí)施例1制得的鉬納米粒子的混合液和含商用鉬黑的混合液分別滴在玻碳電極上，自然干燥。
[0071]將上述處理的玻碳電極分別浸入0.5mol/L的硫酸和lmol/L的甲酸的混合溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，結(jié)果如圖9所示，掃數(shù)為50mV/s。將上述處理的玻碳電極分別浸入
0.5mol/L的硫酸和lmol/L的甲酸的混合溶液中進(jìn)行恒定電壓0.28V掃描,結(jié)果如圖10所
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[0072]通過(guò)圖9、圖10可以看出，本發(fā)明實(shí)施例1制得的鉬納米粒子在上述實(shí)驗(yàn)中的電流密度明顯高于商用鉬黑，說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例1制得的鉬納米粒子的催化性能明顯好于商用怕黑。
[0073]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種鉬納米粒子,包括: 核心； 與所述核心相連的5條側(cè)臂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬納米粒子，其特征在于，所述鉬納米粒子的粒徑小于800nmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉬納米粒子，其特征在于，所述5條側(cè)臂位于同一平面內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉬納米粒子，其特征在于，所述5條側(cè)臂平均分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鉬納米粒子，其特征在于，所述鉬納米粒子在5條側(cè)臂所在平面內(nèi)的尺寸大于垂直于該平面的尺寸。
6.一種鉬納米粒子的制備方法，包括以下步驟: a、乙酰丙酮鉬、油胺和三丙胺混合，進(jìn)行反應(yīng)，得到鉬納米粒子； 所述乙酰丙酮鉬、油胺和三丙胺的質(zhì)量比為5:2.5?4.2:2.3?3.7 ; 所述反應(yīng)的時(shí)間為1h以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)的溫度為150?220°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)的時(shí)間為10?24h。
9.根據(jù)權(quán)利要求6?8任一項(xiàng)所述的制備方法,其特征在于，所述混合的方式為超聲波振動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述超聲波振動(dòng)的時(shí)間為5?60mino
【文檔編號(hào)】B82Y30/00GK104190919SQ201410441098
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】徐國(guó)寶, 賴建平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所