專利名稱：一種高比表面層狀鉑納米材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米材料的制備方法，尤其涉及一種利用層狀溶致液晶電化學(xué)沉積制備高比表面層狀鉑納米材料的制備方法。
背景技術(shù)：
金屬鉑有序結(jié)構(gòu)的納米材料由于在電極、燃料電池、傳感器等方面可能的應(yīng)用前景而引起廣泛的關(guān)注，其中模板法是制備該種材料的一種有效方法。而用溶致液晶有序結(jié)構(gòu)引導(dǎo)其結(jié)構(gòu)形成，具有模板易于去除、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)勢。將模板方法與電化學(xué)沉積相結(jié)合又可以簡單地通過控制沉積電勢和沉積時間來調(diào)控納米結(jié)構(gòu)的形成和生長，是合成納米結(jié)構(gòu)材料的一個良好途徑。Attard等利用溶致液晶六角相制備了金屬鉑的多孔膜(G S Attard，P N Bartlett，N R B Coleman，J M Elliott，J R Owen，J H Wang.MesoporousPlatinum Films from Lyotropic Liquid Crystalline Phases.Science，1997，Vol 278，838-840)，Yan等則利用溶致液晶反六角相得到了金屬銀的納米線(L M Huang，H T Wang，Z BWang，A Mitra，K N Bozhilov，Y S Yan.Nanowire Arrays Electrodeposited from Liquidcrystalline Phase.Adv.Mater.，2002，Vol 14，61-64)。但是他們的方法具有一定的缺點，如由于六角相和反六角相比較粘稠，不利于電化學(xué)過程的傳質(zhì)，所需要的金屬鹽的濃度較大，所得到的納米材料的比表面積不夠大等。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的問題是，采用一種更利于傳質(zhì)的溶致液晶層狀相模板，提供一種制備高比表面積金屬鉑層狀納米材料的方法。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
本發(fā)明納米材料的電化學(xué)沉積中涉及的兩個反應(yīng)方程如下E0＝0.485VE0＝0.517V總的反應(yīng)方程式為E0＝0.503V上述反應(yīng)是在由表面活性劑與氯鉑酸形成溶致液晶內(nèi)的電解液中進行的，其中E0均是相對于飽和甘汞電極的電勢值。
本發(fā)明的高比表面層狀鉑納米材料的制備方法，由下述步驟組成(1)配置模板，將質(zhì)量百分數(shù)為30～70wt％的非離子表面活性劑與濃度為10～80mmol/dm3氯鉑酸溶液混合，得到均勻的溶致液晶層狀相；(2)將上述溶致液晶放入間距為0.5～2mm電解池，在相對于飽和甘汞電極為0.3～-0.2V的電勢下進行電化學(xué)沉積，沉積時間為480～1200s；(3)用覆有Formvo膜的銅網(wǎng)收集所得產(chǎn)物，并將其反復(fù)洗滌至表面上的溶致液晶完全被洗去，然后用透射電鏡觀察，所得產(chǎn)物呈現(xiàn)有規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)形貌，層間距為7.0±0.1nm，厚度為2±0.1nm；對于產(chǎn)物的組成和高比表面積，分別利用能量彌散X射線譜和循環(huán)伏安法表征，其比表面積達61.7±0.2m2/g。
其中，步驟(1)所述的非離子表面活性劑的質(zhì)量百分數(shù)優(yōu)選為40-60wt％。
其中，步驟(1)所述的非離子表面活性劑的質(zhì)量百分數(shù)最優(yōu)選為50wt％。
其中，步驟(1)所述的非離子表面活性劑優(yōu)選十二烷基聚四氧乙烯基醚。
其中，步驟(1)所述的氯鉑酸溶液的濃度優(yōu)選為10～30mmol/dm3。
其中，步驟(1)所述的氯鉑酸溶液的濃度最優(yōu)選為19.3mmol/dm3。
其中，步驟(2)所述的電化學(xué)沉積電勢優(yōu)選為0.1～0.2V，沉積時間優(yōu)選為600～1000s。
其中，步驟(2)所述的電化學(xué)沉積電勢最優(yōu)選為0.2V，沉積時間最優(yōu)選為960s。
其中，所述步驟(1)、(2)中最優(yōu)選質(zhì)量百分數(shù)為50wt％十二烷基聚四氧乙烯基醚與19.3mmol/dm3氯鉑酸溶液混合，電化學(xué)沉積電勢為0.2V，沉積時間為960s。
采用本發(fā)明的方法制備高比表面層狀鉑納米材料，得到的金屬鉑層狀納米材料具有規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)(如圖6所示)，層間距約為7.0nm，厚度約2nm；產(chǎn)物的組成和高比表面積分別利用能量彌散X射線譜和循環(huán)伏安法表征(如圖7和圖8所示)，其比表面積高達61.7±0.2m2/g，能應(yīng)用于電極材料、電池和催化等領(lǐng)域。
本發(fā)明的方法與已有的利用溶致液晶電沉積納米材料的技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)勢模板的粘度較低，反應(yīng)后易于除去，有利于在電沉積過程中傳質(zhì)和產(chǎn)物的生成，故所用鹽的濃度低，在六角相和反六角相溶致液晶中的電沉積所需電解質(zhì)濃度為100-2000mmol/dm3，本發(fā)明的方法只需要濃度為10～80mmol/dm3，這更有利于節(jié)約成本；得到的產(chǎn)物對模板的復(fù)制效果好，結(jié)構(gòu)明晰；產(chǎn)物比表面積高，在六角相和反六角相中電沉積得到的產(chǎn)物比表面積約為20～30m2/g，本發(fā)明中則達到61.7±0.2m2/g，這更有利于在電極等材料中的應(yīng)用。本發(fā)明通過選用質(zhì)量百分含量為50wt％的非離子表面活性劑十二烷基聚四氧乙烯基醚與濃度為19.3mmol/dm3氯鉑酸溶液配成的溶致液晶為模板，在圖4所示的電極間距為0.5mm電解池中電沉積，選擇沉積電勢為0.2V，沉積時間為960s，得到具有復(fù)制液晶模板的規(guī)則層狀結(jié)構(gòu)和高達61.7±0.2m2/g比表面積的金屬鉑納米材料，實現(xiàn)對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和比表面性質(zhì)的人為調(diào)控。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
圖1是十二烷基聚四氧乙烯基醚與水兩組份體系的相圖，是如何配置溶致液晶模板的基礎(chǔ)。
圖2是十二烷基聚四氧乙烯基醚與氯鉑酸溶液混合得到溶致液晶的偏光織構(gòu)，典型的油紋織構(gòu)定性表明模板是溶致液晶的層狀相。
圖3是上述溶致液晶模板的小角X射線散射曲線，進一步表明模板為層狀相，其水層厚度為7.46nm。
圖4是進行電化學(xué)沉積的電極裝置示意圖，圖中數(shù)字表示的裝置分別為1、工作電極；2、對電極；3、參比電極；4、墊圈；5、銅網(wǎng)；6、層狀相溶致液晶；7、CHI604A電化學(xué)分析儀。
圖5是還原電流-沉積電勢關(guān)系曲線，已據(jù)此曲線選擇相對于飽和甘汞電極0.3～-0.2V的沉積電勢范圍。
圖6是沉積產(chǎn)物的透射電鏡照片，可以觀察到有序的層狀納米結(jié)構(gòu)，其層間距離約為7.0nm，基本復(fù)制了模板的結(jié)構(gòu)。
圖7是沉積產(chǎn)物的能量彌散X射線譜，分析產(chǎn)物的元素組成，除銅(來源于銅網(wǎng))外，主要為產(chǎn)物鉑，不含其它原子序數(shù)大于11的元素。
圖8是沉積產(chǎn)物的循環(huán)伏安曲線，由曲線計算可以得到產(chǎn)物的比表面積為61.7±0.2m2/g。
具體實施例方式
實施例1.層狀鉑納米材料的制備方法，步驟如下(1)選用質(zhì)量百分數(shù)為30wt％的十二烷基聚四氧乙烯基醚與10mmol/dm3氯鉑酸溶液混合，得到均勻溶致液晶層狀相；(2)將上述溶致液晶放入間距2mm的電解池，在相對于飽和甘汞電極為-0.2V電壓下電化學(xué)沉積480s；(3)用透射電鏡觀測所得產(chǎn)物形貌為局部規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)，循環(huán)伏安得到其比表面積為13.1m2/g。
實施例2.層狀鉑納米材料的制備方法，步驟如下(1)選用質(zhì)量百分數(shù)為50wt％的十二烷基聚四氧乙烯基醚與19.3mmol/dm3氯鉑酸溶液混合，得到均勻溶致液晶層狀相；(2)將上述溶致液晶放入間距0.5mm的電解池，在相對于飽和甘汞電極為0.2V電壓下電化學(xué)沉積960s；(3)用透射電鏡觀測所得產(chǎn)物形貌為規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)，如圖6所示，循環(huán)伏安得到其比表面積為61.7±0.2m2/g。對該沉積產(chǎn)物進一步做能量彌散X射線譜分析(如圖7所示)，測得產(chǎn)物的組成為金屬鉑。
實施例3.層狀鉑納米材料的制備方法，步驟如下(1)選用質(zhì)量百分數(shù)為70wt％的十二烷基聚四氧乙烯基醚與40mmol/dm3氯鉑酸溶液混合，得到均勻溶致液晶層狀相；(2)將上述溶致液晶放入間距1mm的電解池，在相對于飽和甘汞電極為0.1V電壓下電化學(xué)沉積960s；(3)用透射電鏡觀測所得產(chǎn)物形貌為規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)，循環(huán)伏安得到其比表面積為54.4m2/g。
權(quán)利要求
1.一種高比表面層狀鉑納米材料的制備方法，由下述步驟組成(1)配置模板，將質(zhì)量百分數(shù)為30～70wt％的非離子表面活性劑與濃度為10～80mmol/dm3氯鉑酸溶液混合，得到均勻的溶致液晶層狀相；(2)將上述溶致液晶放入間距為0.5～2mm電解池，在相對于飽和甘汞電極為0.3～-0.2 V的電勢下進行電化學(xué)沉積，沉積時間為480～1200s；(3)用覆有Formvo膜的銅網(wǎng)收集所得產(chǎn)物，并將其反復(fù)洗滌至表面上的溶致液晶完全被洗去，然后用透射電鏡觀察，所得產(chǎn)物呈現(xiàn)有規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)形貌，層間距為7.0±0.1nm，厚度為2±0.1nm；對于產(chǎn)物的組成和高比表面積，分別利用能量彌散X射線譜和循環(huán)伏安法表征，其比表面積達61.7±0.1m2/g。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高比表面層狀鉑納米材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的非離子表面活性劑的質(zhì)量百分數(shù)為40-60wt％。
3.如權(quán)利要求2所述的一種高比表面層狀鉑納米材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的非離子表面活性劑的質(zhì)量百分數(shù)為50wt％。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的一種高比表面層狀鉑納米材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的非離子表面活性劑是十二烷基聚四氧乙烯基醚。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高比表面層狀鉑納米材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的氯鉑酸溶液的濃度為10～30mmol/dm3。
6.如權(quán)利要求5所述的一種高比表面層狀鉑納米材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述的氯鉑酸溶液的濃度為19.3mmol/dm3。
7.如權(quán)利要求1所述的一種高比表面層狀鉑納米材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的電化學(xué)沉積電勢為0.1～0.2V，沉積時間為600～1000s。
8.如權(quán)利要求7所述的一種高比表面層狀鉑納米材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述的電化學(xué)沉積電勢為0.2V，沉積時間為960s。
9.如權(quán)利要求1所述的一種高比表面層狀鉑納米材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)、(2)中選擇質(zhì)量百分數(shù)為50wt％十二烷基聚四氧乙烯基醚與19.3mmol/dm3氯鉑酸溶液混合，電化學(xué)沉積電勢為0.2V，沉積時間為960s。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高比表面層狀鉑納米材料的制備方法，由下述步驟組成(1)配置模板，將非離子表面活性劑與氯鉑酸溶液混合，得到均勻的溶致液晶層狀相；(2)將所述溶致液晶放入電解池進行電化學(xué)沉積；(3)收集所得產(chǎn)物，透射電鏡觀察所得產(chǎn)物呈現(xiàn)有規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)形貌，層間距為7.0±0.1nm，厚度為2±0.1nm；產(chǎn)物的組成和高比表面積，分別利用能量彌散X射線譜和循環(huán)伏安法表征，其比表面積達61.7±0.2m
文檔編號C25D1/00GK1629361SQ20041003618
公開日2005年6月22日 申請日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月29日
發(fā)明者陳曉, 趙繼寬, 柴永存, 焦麗穎, 張國棟 申請人:山東大學(xué)