Cu₂O納米晶表面原位合成Pt納米粒子新型結構

燃料電池因零排放和高能效而備受關注，卻因燃料電池價格高昂而推廣受阻，其中一個重要原因在于燃料電池需要昂貴的鉑（Pt）作催化劑。因此，如何提高催化劑的活性和穩定性，減少貴金屬的載量，有效降低電池的制造成本已成為一個突出的研究課題。

最近幾年，全世界的研究主要集中在通過合金，將鉑同其他更為廉價的金屬結合形成合金，在降低催化劑價格的前提下，保持性能不降低。另一個改進方法是開發中空、籠形、多孔材料，以便在其中加入更少量的貴金屬催化劑。因此，通過氧化亞銅原位合成Pt納米粒子并由此展開對其氧還原性質和催化性質的研究是有很高的潛在利益的。

通過納米CuO原位合成Pt納米粒子實驗

由本^所制備CuO納米晶體結構為八面體型，結構規整，分散均勻。利用CuO納米與PtCl離子之間的電化置換過程，開發了一種由2-3納米Pt納米粒子組成的自支撐Pt納米結構的新合成方法。

合成Pt納米粒子實驗原理

在實驗中，在將CuO納米晶體加入PtCl反應體系中之后，其中反應物界面處材料的凈定向流動可能導致產物中形成空隙。在這種方法中，從內部結構到表面的銅離子的擴散速率比從表面到內部結構的鉑離子的擴散速度快，最終導致顆粒中形成空隙。此外，剩余的CuO核心可以通過氨或酸去除，從而形成中空結構。

選擇CuO作為犧牲模板在CuO表面形成Pt納米粒子的驅動力可歸因于CuO表面上的還原電位CuO/Cu²⁺和PtCl^-對。一旦PtCl^-在水溶液中與CuO模板接觸，它將立即在CuO表面被還原并快速成核，從而生長成團簇并進一步成為Pt納米粒子。

合成Pt納米粒子實驗步驟

通過上述制備的Cu20納米在5ml的DI水中進行了超聲再分散。在磁性攪拌下，將160μl的KPtCl水溶液加入CuO懸浮液中。在這個階段，沒有反應被觀察到溶液仍然是橙色（棕色）。為了初始化反應，在反應系統中加入了0.1ml的有機或無機酸。溶液立刻變暗，然后變黑，表明了Pt粒子的形成。用離心法、離心法和乙醇進行離心分離后，得到了1h的反應。

通過第一組的顯微圖像，當我們用160微升的KPtCl加入納米氧化亞銅中，再加入10%1ml的酸反應后我們可以看出此時得到的Pt納米粒子粒徑減小，空間結構被打散，晶體核脫落，比表面積增大，表面原子配位不飽和性導致大量的懸空鍵和不飽和鍵等，這就使得納米粒子具有高的表面活性（化學反應速率）。且它的空間構型更符合Pt納米粒子的中空白支撐性及可互相連接的多孔結構T35whD8yY2HVzdseRw7ZC0q6UyYimYgmSvhyawiuYgI=。

第二組我們加入的KPtCl和酸的用量相同，但是圖像的反應時間不同，我們發現5min時它的結構開始被打散，比表面積有增大的趨勢，預計時間越長結構越近似于第一組的圖像。

結論一：反應時間對合成Pl納米粒子的影響。

我們討論反應時間對合成Pt納米粒子的影響。時間越長，反應越徹底，合成的空間構型更符合Pt納米粒子的中空白支撐性及可互相連接的多孔結構。

通過第四組的圖像與第一組相對比我們可以看出，當酸的濃度降低為2%而其他條件不變時，我們可以很明顯地看出它的結構沒有那么松散，中空結構不多，自支撐及可互相連接處沒有第一組那么多，依稀可見納米氧化亞銅原料的八面體結構。

結論二：滴加酸的濃度對合成Pt納米粒子的影響。

滴加酸的濃度對合成Pt納米粒子的影響。酸的濃度越大，合成的空間構型更符合Pt納米粒子的中空白支撐性及可互相連接的多孔結構。

由第五六七組圖像我們可以得出，這次合成的納米粒子結構很明顯的沒有前四組結構合成的明顯，反而更像是納米氧化亞銅的狀態，很明顯KPtCl不能過少。所以隨著KptCl的用量越來越少，合成反應過程中空間構型的分散越來越不明顯，結構也未發現明顯中空，后三組的圖像更是近似于納米氧化亞銅的空間構型圖像，反應量級太少，Pt納米粒子未成形。

結論三：滴加KPtCl的用量對合成Pt納米粒子的影響。

滴加KPtCl的用量，在控制酸的濃度及其他變量的基礎上，它對于此次合成實驗的影響最為重大，我們通過第一組和第三組，還有第五組和第六組和之后的圖像對比發現，得出在其他條件不變的情況下，KPtCl的用量越多，合成的空間構型更符合新型Pt納米粒子的中空自支撐性及可互相連接的多孔結構。

綜上所述，從CuO中通過一種新穎的電流替代途徑，制備了有獨特的自支撐的相互連接和多孔結構的Pt納米粒子。我們的結果表明，H⁺離子對于納米氧化亞銅初始化原位合成反應是至關重要的，這一合成過程消除了任何聚合物蓋層劑的使用，并使其催化清潔Pt表面。Pt納米粒子的中空白支撐性及可互相連接的多孔結構對于Pt納米粒子的催化氧還原性質產生一定的良好影響。