專利名稱：一種金屬二十面體納米粒子的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬納米材料的制備方法這一技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景
本發(fā)明中的金屬是指金、銀、鉬、鈀等貴金屬，其納米材料具有許多優(yōu)異的性 能，在光學，催化，傳感等領(lǐng)域具有重要的應用前景，因此得到了廣泛的關(guān)注。然而， 這些獨特的性能與材料的尺寸和形貌息息相關(guān)，尤其是多面體結(jié)構(gòu)的貴金屬納米粒子通 常比其它形貌的同種材料表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能，在上述領(lǐng)域具有更大的優(yōu)越性。其 中，二十面體的貴金屬納米粒子更加引人關(guān)注，因為其具有高的對稱性，從而表現(xiàn)出獨 特的光學性質(zhì)和卓越的催化性能。通常，多面體結(jié)構(gòu)的貴金屬納米粒子是通過多元醇過 程來制備的，在制備過程中，常常需要添加一些晶種或者雜質(zhì)離子來誘導納米粒子的生 長。而制備二十面體貴金屬納米粒子的報道較少，在有限的報道中，主要還是采用多元 醇法，然而，該方法具有一些不可避免的缺陷第一，多元醇對環(huán)境會造成一定程度的 污染，不符合綠色化學的要求；第二，由于雜質(zhì)離子的參與，產(chǎn)物中或多或少都會有雜 質(zhì)存在，為產(chǎn)物的后處理帶來不便；第三，由于需要預先制備晶種，使得制備過程復雜 化，同時會由于晶種的不確定性導致制備過程的重現(xiàn)性較差；第四，制備成本較高，不 利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的一種技術(shù)問題是提供一種簡單環(huán)保的制備貴金屬二十面體納 米粒子的方法。
本發(fā)明主要通過下述的技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題，所述的技術(shù)工藝包括下 列步驟
A、準備反應溶液室溫下將聚乙烯吡咯烷酮加入貴金屬前軀體水溶液中，攪 拌均勻，然后加入氨水，室溫攪拌10-30分鐘；聚乙烯吡咯烷酮、貴金屬前驅(qū)體、氨水 的摩爾比為 1 0.05-0.4 0.5-5 ；
B、制備貴金屬二十面體納米材料將上述配制好的反應溶液中轉(zhuǎn)移至反應釜 中，密封，在100-200°C的溫度下反應2-10小時；
C、洗滌冷卻后，將產(chǎn)物離心，收集沉淀，用去離子水和無水乙醇洗滌2-3 次，即得到貴金屬二十面體納米粒子，粒徑為40-100nm。
所述的貴金屬前軀體AgN03、HAuCl4> H2PdCl4^ H2PtCl60
反應溫度優(yōu)選的為120°C (銀和金)和200°C (鈀和鉬)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，用聚乙烯吡咯烷酮既作為表面活性劑又作為還原劑， 制備成本顯著降低，使用水作為溶劑和反應介質(zhì)，廉價易得，合成方法簡單環(huán)保，一步 完成，易操作，重現(xiàn)性強；制得的產(chǎn)品具有產(chǎn)率高、純度高及尺寸分布均勻等特點，并 具有極好的催化活性，可用于非均相有機反應催化，電催化和燃料電池的電極材料等。


圖1是實施例1制得銀二十面體納米粒子的掃描電子顯微鏡NEM)照片，右上 角插入的是實施例一制得單個銀二十面體納米粒子的透射電子顯微鏡(TEM)照片。
圖2是實施例1制得銀二十面體納米粒子的X-射線粉末衍射(XRD)圖。
圖3是實施例1制得銀二十面體納米粒子的紫外-可見光譜圖。
圖4是實施例13所述的銀二十面體納米粒子電催化氧氣還原反應的循環(huán)伏安曲 線。
具體實施例方式
下面是本發(fā)明非限定制備實施例，通過這些實施例對本發(fā)明作進一步描述。
實施例1
量取10mL0.02mol/L硝酸銀水溶液，加入O.lg聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均勻。量 取5mL 2% (重量濃度)的氨水，加入到上述溶液中，攪拌15分鐘。然后將上述混合溶 液轉(zhuǎn)移至25mL聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在120°C的烘箱中反應10小 時。室溫冷卻，離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌2次，即得到銀的二十 面體納米粒子，粒徑為60-80nm。
實施例2:
量取IOmL 0.025mol/L硝酸銀水溶液，加入0. 聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均勻。 量取5mL2%的氨水，加入到上述溶液中，攪拌20分鐘。然后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移至 25mL聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在140°C的烘箱中反應6小時。室溫 冷卻，離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌2次，即得到銀的二十面體納米 粒子，粒徑為50-70nm。
實施例3
量取10mL0.03mol/L硝酸銀水溶液，加入(Ug聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均勻。量 取SmL 2%的氨水，加入到上述溶液中，攪拌15分鐘。然后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移至25mL 聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在120°C的烘箱中反應7小時。室溫冷卻， 離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌2次，即得到銀的二十面體納米粒子， 粒徑為40-60nm。
實施例4
量取IOmL 0.0007mol/L四氯金酸水溶液，加入0. 聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均 勻。量取6mL2%的氨水，加入到上述溶液中，攪拌20分鐘。然后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移 至25mL聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在120°C的烘箱中反應2小時。室 溫冷卻，離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌3次，即得到金的二十面體納 米粒子，粒徑為40-60nm。
實施例5
量取IOmL 0.0006mol/L四氯金酸水溶液，加入0. 聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均 勻。量取6mL2%的氨水，加入到上述溶液中，攪拌30分鐘。然后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移 至25mL聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在120°C的烘箱中反應4小時。室溫冷卻，離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌2次，即得到金的二十面體納 米粒子，粒徑為35-50nm。
實施例6
量取IOmL 0.0005mol/L四氯金酸水溶液，加入O.lg聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均 勻。量取6mL2%的氨水，加入到上述溶液中，攪拌15分鐘。然后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移 至25mL聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在100°C的烘箱中反應2小時。室 溫冷卻，離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌3次，即得到金的二十面體納 米粒子，粒徑為40-55nm。
實施例7
量取IOmL 0.0005mol/L四氯鈀酸水溶液，加入0. 聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均 勻。量取3mL2%的氨水，加入到上述溶液中，攪拌10分鐘。然后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移 至25mL聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在180°C的烘箱中反應5小時。室 溫冷卻，離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌3次，即得到鈀的二十面體納 米粒子，粒徑為30-50nm。
實施例8
量取IOmL 0.0007mol/L四氯鈀酸水溶液，加入0. 聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均 勻。量取3mL2%的氨水，加入到上述溶液中，攪拌10分鐘。然后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移 至25mL聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在200°C的烘箱中反應5小時。室 溫冷卻，離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌3次，即得到鈀的二十面體納 米粒子，粒徑為40-60nm。
實施例9
量取IOmL 0.0006mol/L四氯鈀酸水溶液，加入0. 聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均 勻。量取5mL2%的氨水，加入到上述溶液中，攪拌20分鐘。然后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移 至25mL聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在200°C的烘箱中反應8小時。室 溫冷卻，離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌3次，即得到鈀的二十面體納 米粒子，粒徑為30-60nm。
實施例10
量取IOmL 0.001mol/L六氯鉬酸水溶液，加入0. 聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均 勻。量取4mL2%的氨水，加入到上述溶液中，攪拌15分鐘。然后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移 至25mL聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在200°C的烘箱中反應4小時。室 溫冷卻，離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌2次，即得到鉬的二十面體納 米粒子，粒徑為80-100nm。
實施例11
量取IOmL 0.003mol/L六氯鉬酸水溶液，加入0. 聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均 勻。量取5mL2%的氨水，加入到上述溶液中，攪拌15分鐘。然后將上述混合溶液轉(zhuǎn) 移至25mL聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在180°C的烘箱中反應10小時。 室溫冷卻，離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌2次，即得到鉬的二十面體 納米粒子，粒徑為70-90nm。
實施例12 5
量取IOmL 0.002mol/L六氯鉬酸水溶液，加入0. 聚乙烯吡咯烷酮，攪拌均 勻。量取5mL2%的氨水，加入到上述溶液中，攪拌25分鐘。然后將上述混合溶液轉(zhuǎn)移 至25mL聚四氟乙烯襯底的不銹鋼反應釜中，密封。在200°C的烘箱中反應8小時。室 溫冷卻，離心，收集沉淀，分別用蒸餾水和無水乙醇洗滌3次，即得到鉬的二十面體納 米粒子，粒徑為60-85nm。
實施例13
稱取2.5mg實施例1所得的銀二十面體納米粒子，分散在5mL無水乙醇中，加 入1.5mg商業(yè)用的導電炭黑，攪拌8小時。取15 μ L上述懸浮液滴在3mm直徑的玻碳電 極上，干燥后再滴加10 μ L 0.05%的nafion溶液固定。在Imol/LNaOH溶液中測量其電 催化氧氣還原的催化活性。同樣條件下，測量比較普通銀顆粒的催化活性，結(jié)果表明， 銀二十面體納米粒子比普通的銀顆粒具有更高的催化活性。
實施例14
稱取2.5mg實施例4所得的金二十面體納米粒子，分散在5mL無水乙醇中，加 入1.5mg商業(yè)用的導電炭黑，攪拌8小時。取15 μ L上述懸浮液滴在3mm直徑的玻碳電 極上，干燥后再滴加10 μ L 0.05%的nafion溶液固定。在Imol/LNaOH溶液中測量其電 催化氧氣還原的催化活性。同樣條件下，測量比較普通金顆粒的催化活性，結(jié)果表明， 金二十面體納米粒子比普通的金顆粒具有更高的催化活性。
權(quán)利要求
1.一種金屬二十面體納米粒子的制備方法，其特征在于A、準備反應溶液室溫下將聚乙烯吡咯烷酮加入貴金屬前軀體水溶液中，攪拌均 勻，然后加入氨水，室溫攪拌10-30分鐘；聚乙烯吡咯烷酮、貴金屬前驅(qū)體、氨水的摩 爾比為 1 0.05-0.4 0.5-5 ；B、制備納米材料將上述配制好的反應溶液中轉(zhuǎn)移至反應釜中，密封，在 100-200°C的反應2-10小時；C、洗滌冷卻后，將產(chǎn)物離心，收集沉淀，用去離子水和無水乙醇洗滌2-3次，即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬二十面體納米粒子的制備方法，其特征在于所 述的貴金屬前軀體 AgN03、HAuCl4> H2PdCl4^ H2PtCl6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬二十面體納米粒子的制備方法，其特征在于所 述的貴金屬前軀體為AgN03、HAuCl4時，優(yōu)選的反應溫度為120°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬二十面體納米粒子的制備方法，其特征在于所 述的貴金屬前軀體為H2PdCl4、H2PtCl6時，優(yōu)選的反應溫度為200°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬二十面體納米粒子的制備方法室溫下將聚乙烯吡咯烷酮加入貴金屬前驅(qū)體水溶液中，攪拌均勻，然后加入氨水，室溫攪拌10-30分鐘；將上述配制好的反應溶液中轉(zhuǎn)移至反應釜中，密封，在100-200℃的反應2-10小時；冷卻后，將產(chǎn)物離心，收集沉淀，用去離子水和無水乙醇洗滌2-3次，即可。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，用聚乙烯吡咯烷酮既作為表面活性劑又作為還原劑，制備成本顯著降低，使用水作為溶劑和反應介質(zhì)，廉價易得，合成方法簡單環(huán)保，一步完成，易操作，重現(xiàn)性強；制得的產(chǎn)品具有產(chǎn)率高、純度高及尺寸分布均勻等特點，并具有極好的催化活性，可用于非均相有機反應催化，電催化和燃料電池的電極材料等。
文檔編號B22F9/24GK102019432SQ20101051066
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者耿保友, 蒯龍 申請人:安徽師范大學