本發明涉及一種鎳鉑合金納米顆粒的可控合成方法，具體涉及一種利用油胺、油酸為溶劑在加熱條件下，生長不同形貌、尺寸、成分比例的鎳鉑合金納米顆粒的合成方法，屬于金屬納米材料
技術領域：
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背景技術：
：隨著納米科技的發展，雙元金屬納米材料逐漸被成功合成并成為了人們目前關注的焦點。雙元金屬納米材料是由兩種不同的金屬元素構成，按照特殊的化學組成、原子排列形成的具有特殊結構和功能的納米材料。與單元金屬納米材料相比，由于雙金屬元素間的耦合和協同效應以及雙元金屬納米材料的結構多樣性，導致一些新奇現象，如優異的催化性質、光學性質、電學性質和有別于單質金屬材料的介觀磁性質等。大量實驗證明，雙元金屬納米材料的物理、化學性質可以通過改變它們的形貌、結構、原子的排列方式、元素間的電子轉移行為等進行調控。因此，對雙元金屬納米材料，在納米尺度上對其結構、組分進行設計和剪裁，獲得比單質金屬納米材料更為優越的物理、化學性能，甚至是單質金屬所不具備的新特性，推進其在信息、能源、催化、醫藥等領域的應用，具有重要的意義。鎳鉑雙元金屬納米材料由于具有優異的催化性質，近年來受到人們的廣泛關注。相對于鉑單質催化劑，鎳鉑雙金屬催化劑在控制表面結構和原子排列方面有更強的優勢，因此鎳鉑雙金屬納米材料成為一種重要的燃料電池催化劑。設計合成不同形貌、尺寸、組分的鎳鉑雙金屬催化劑是當前人們研究的重點前沿課題之一。傳統金屬合金納米材料的制備方法存在著價格昂貴，體系復雜等缺點。技術實現要素：本發明的目的是提供一種鎳鉑合金納米顆粒的可控合成方法。本方法克服了現有技術所需工藝及體系復雜、成本高的不足，所用配料簡單，所獲得鎳鉑合金納米結構的均勻性好，純度高，形貌、尺寸和組分可控，性能優異且具有較好的穩定性。本發明的技術方案如下：一種鎳鉑合金納米顆粒的可控合成方法，包括以下步驟：1)將一定配比的乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鉑加入油胺和油酸的混合溶液中，在氮氣或惰性氣體的保護下升溫至100～140℃，均勻混合15～40分鐘，實現初步溶解；2)升溫至230～300℃，反應40～120分鐘，得到穩定的固體產物；3)將步驟2)得到的固體產物分離出來并清洗，獲得鎳鉑合金納米顆粒。步驟1)中，所述油胺和油酸的混合溶液中，油酸∶油胺的體積比為0∶1～1∶1，其中油酸的含量會影響產物的形貌和尺寸。油胺和油酸混合溶液的用量能夠浸沒溶解乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鉑即可。所述乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鉑的配比根據所需制備的鎳鉑合金中鎳、鉑成分比確定。通過在步驟1)控制油酸和反應前驅物(乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鉑)的量，可以獲得形貌、尺寸、成分可控且單分散的鎳鉑合金納米結構。所述惰性氣體常用的如氬氣。步驟2)得到黑色的固體產物，在步驟3)通過離心分離出來，離心轉速為10000～16000rpm，離心時間3～10min，然后將其用一種或多種有機溶劑進行超聲清洗，所述有機溶劑包括但不限于氯仿、丙酮、己烷、乙醇等，然后干燥得到鎳鉑合金納米顆粒。例如依次用氯仿、丙酮、乙醇進行超聲清洗，或者依次用己烷和乙醇進行超聲清洗，離心分離得到鎳鉑合金納米顆粒。優選的，超聲清洗的超聲波為50～100MHz。本發明采用一步合成的溶劑熱方法制備鎳鉑合金納米結構，具有操作簡單易行、成本低廉的特性，產物均勻性好，對環境影響小。通過控制油酸和反應前驅物的量，可以獲得形貌、尺寸、成分可控且單分散的鎳鉑合金納米結構。本發明所得到的鎳鉑合金結構具有很好的穩定性和物理化學性質，可以廣泛用于催化劑、生物醫學器件、磁學器件等領域，特別是其優異的甲醇氧化催化性質使其在燃料電池領域具有重要的應用價值。附圖說明圖1.實施例1制備鎳鉑合金納米顆粒的流程圖。圖2.實施例1制備的鎳鉑合金納米顆粒的XRD圖譜，其中2θ代表布拉格衍射角度，(111)(200)(220)分別標注對應的晶面的衍射峰位置。圖3.實施例1制備的鎳鉑合金納米顆粒樣品1的透射電子顯微鏡(a)及高分辨電子顯微鏡圖像(b)。圖4.實施例1制備的鎳鉑合金納米顆粒樣品2的透射電子顯微鏡(a)及高分辨電子顯微鏡圖像(b)。圖5.實施例1制備的鎳鉑合金納米顆粒樣品3的透射電子顯微鏡(a)及高分辨電子顯微鏡圖像(b)。圖6.實施例1在0.5M硫酸和1M甲醇的混合溶液中，負載樣品1、樣品2、樣品3和商業Pt/C制成的工作電極分別對應的循環伏安曲線，其中掃描電壓為0到1V，掃描速率為50mV/s。圖7.實施例1中，分別負載樣品1、樣品2、樣品3和商業Pt/C制成的工作電極通過計時電流法測得的甲醇氧化的瞬態電流密度。具體實施方式下面將結合附圖，通過實施例對本發明做進一步的詳細說明，但不以任何方式限制本發明的范圍。實施例1一種鎳鉑合金納米顆粒的可控合成方法的流程如圖1所示，具體包括下列步驟：步驟一：將一定量的乙酰丙酮鎳和乙酰丙酮鉑加入油胺和油酸的混合溶液中，通入氬氣(流量60mL/min)混合攪拌，各物質的用量如表1所示；表1：乙酰丙酮鎳(mg)乙酰丙酮鉑(mg)油胺(mL)油酸(mL)樣品12010100樣品2151591樣品3102055步驟二：將混合溶液加熱至130℃保持30分鐘，實現初步溶解；步驟三：升溫至250℃，反應40分鐘后制得第一反應液；步驟四：將步驟三制得的第一反應液離心，轉速為10000～16000rpm，離心分離3～10min后得到第一產物；步驟五：將步驟四中制得的第一產物在超聲波50～100MHz中利用1mL三氯甲烷超聲清洗5～10min，得到第二產物；步驟六：將步驟五中制得的第二產物中加入3mL丙酮，在超聲波50～100MHz下超聲清洗5～10min，得到第三產物；步驟七：將步驟七中制得的第三產物在超聲波50～100MHz中利用分析純酒精超聲清洗5～10min，得到鎳鉑合金納米顆粒。圖2所示為產物的X射線衍射圖譜，與純鉑峰位對應，但是由于樣品是鉑鎳合金，因此相對純鉑的衍射峰有向右的偏移，從樣品3、樣品2到樣品1偏移量逐漸增大說明樣品中含鎳量逐漸增多。見圖3，其中(a)和(b)為樣品1在不同放大倍數下的透射電子顯微鏡圖像，顯示經本發明的制備方法得到的樣品1是鎳鉑合金納米截角八面體形貌，直徑在5nm～10nm，單晶結構，Ni、Pt成分比是7:3。見圖4，其中(a)和(b)為樣品2不同放大倍數下的透射電子顯微鏡圖像，顯示經本發明的制備方法得到的樣品2是鎳鉑合金納米多角形貌，尺寸在10nm～25nm，單晶結構，Ni、Pt成分比是1:1。見圖5，其中(a)和(b)為樣品3不同放大倍數下的透射電子顯微鏡圖像，顯示經本發明的制備方法得到的樣品3是鎳鉑合金納米花狀形貌，尺寸在25nm～40nm，單晶結構，Ni、Pt成分比是1:4。以上說明所制備的三組鎳鉑樣品具有合金結構，并且通過控制反應物的量可以實現不同形貌、尺寸和成分比鎳鉑合金樣品的可控制備。本實施例制備的三組鎳鉑合金樣品具有優異的甲醇氧化催化特性。將負載有待測催化劑的玻碳電極作為工作電極，并且保證負載催化劑中Pt含量一致，均為5μg/cm2，0.5M的硫酸與1M甲醇的混合溶液作為測試溶液。圖6是測得的循環伏安曲線，我們得到商業Pt/C催化劑的峰電流為0.04mA/cm2，樣品1(截八面體形貌)與其峰電流數值接近，樣品2(多角形貌)的樣品峰電流密度為0.23mA/cm2，提升到了原來的5倍，而樣品3(花狀形貌)的峰電流密度達到了0.41mA/cm2，與商業Pt/C催化劑相比提高了接近十倍，顯示出了十分優異的催化性能；圖7是測得的瞬態電流密度曲線，樣品3(花狀形貌)衰減最慢，較其他兩組樣品以及商業Pt/C催化劑表現出了更加優異的催化性質。當前第1頁1 2 3