水相中Pt—Fe核殼納米球的制備

摘 要：本文用二價鐵鹽和硼氫化鈉，在水相中還原出鐵單質，再迅速加入氯鉑酸快速攪拌，得到黑色沉淀。通過TEM進行表征分析，黑色沉淀為200nm大小尺寸的納米球，對納米球進行元素分析，其組成為Pt和Fe的核殼結構。這是一種快速簡便、綠色環保的制備核殼結構的方法。

關鍵詞：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基納米材料因其優異的催化性能越來越受到人們的關注。然而，Pt的成本比較昂貴，限制了它在實際中應用。目前科學家再做大量的研究，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，增強催化效率，如，制備高指數晶面的鉑納米顆粒；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同效應，增強催化活性；第三種，制備一些核殼結構，中空結構的納米顆粒，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，同時利用金屬間的相互作用力，提高催化活性。核殼結構的納米材料因其獨特的結構使人們能夠在納米尺度上對材料的結構和組成進行組裝，從而使核殼結構的納米材料具有突出的特性，因此在半導體行業、生物技術方面和藥物輸送等領域具有潛在應用價值。近來，利用納米技術將納米粒子組裝成核殼結構的催化材料成為催化領域中的研究熱點，發展了諸如金屬@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構類催化劑，以及它們在諸多催化反應中的應用。在核殼納米球中，核是主體，殼在表層，這種結構相對來說比較穩定，即有核的主體作用，也有殼的協同作用，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；核殼納米球的電子結構復雜，可以得到特有的功能，如CdSe包裹ZnS。

一般的核殼納米結構采用模板法制備，如以SiO2內核，制備出核殼結構后，再出去SiO2。而且大多數在油相中制備。本實驗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，然后加入1mL 20mM H2PtCl6，這時瓶中沉淀會變成黑色，繼續攪拌，等氣泡消失后，用高速離心機離心。

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，超聲分散在無水乙醇中，滴在有碳膜的銅網上，密閉空間干燥。

元素分析：用TEM的mapping模式進行元素分析。

3 結果與討論

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。

然后對單個納米球進行元素分析，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構；橙色顯示的是Fe元素的分部圖，相對Pt元素來說比較少，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都有單質存在，是否有合金還需進一步的驗證。可以得出這個納米球為Pt-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

本實驗得到以下結論：

（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用。endprint