水相中Pt—Fe核壳纳米球的制备

摘 要：本文用二价铁盐和硼氢化钠，在水相中还原出铁单质，再迅速加入氯铂酸快速搅拌，得到黑色沉淀。通过TEM进行表征分析，黑色沉淀为200nm大小尺寸的纳米球，对纳米球进行元素分析，其组成为Pt和Fe的核壳结构。这是一种快速简便、绿色环保的制备核壳结构的方法。

关键词：纳米球；核壳；纳米材料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.231

1 引言

Pt和Pt基纳米材料因其优异的催化性能越来越受到人们的关注。然而，Pt的成本比较昂贵，限制了它在实际中应用。目前科学家再做大量的研究，以期降低金属铂的成本，一般有三种方法，第一种，提高Pt的表面活性，增强催化效率，如，制备高指数晶面的铂纳米颗粒；第二种，用其他金属或者非金属替代，可以全部替代，也可以部分替代，如双金属Pt-M纳米颗粒、三金属纳米颗粒，减少铂的用量，铂与其他金属也能形成协同效应，增强催化活性；第三种，制备一些核壳结构，中空结构的纳米颗粒，铂即可以是中间的核，也可以使外面的壳，能很好的增大铂的接触面积，同时利用金属间的相互作用力，提高催化活性。核壳结构的纳米材料因其独特的结构使人们能够在纳米尺度上对材料的结构和组成进行组装，从而使核壳结构的纳米材料具有突出的特性，因此在半导体行业、生物技术方面和药物输送等领域具有潜在应用价值。近来，利用纳米技术将纳米粒子组装成核壳结构的催化材料成为催化领域中的研究热点，发展了诸如金属@金属、金属@氧化物、金属@碳材料、金属@聚合物等不同类型的核壳结构类催化剂，以及它们在诸多催化反应中的应用。在核壳纳米球中，核是主体，壳在表层，这种结构相对来说比较稳定，即有核的主体作用，也有壳的协同作用，例如以SiO2为壳，由于硅烷试剂可选择较多，能增加较多的功能基团；核壳纳米球的电子结构复杂，可以得到特有的功能，如CdSe包裹ZnS。

一般的核壳纳米结构采用模板法制备，如以SiO2内核，制备出核壳结构后，再出去SiO2。而且大多数在油相中制备。本实验在水相中采用两种金属盐，分步还原的方法合成核壳纳米球。

2 试验部分

2.1 核壳纳米球的制备

在50mL圆底烧瓶中，加入10mL 1wt%的PVP，搅拌下加入1mL 20mM的FeCl2溶液，搅拌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溶液滴加完后搅拌一会，然后加入1mL 20mM H2PtCl6，这时瓶中沉淀会变成黑色，继续搅拌，等气泡消失后，用高速离心机离心。

2.2 核壳纳米球的表征

TEM表征：将制备好的黑色沉淀用超纯水洗涤几次，超声分散在无水乙醇中，滴在有碳膜的铜网上，密闭空间干燥。

元素分析：用TEM的mapping模式进行元素分析。

3 结果与讨论

我们用透射电镜（TEM）分析黑色沉淀。图1（a）和（b）为TEM图片，从图中可以看到，纳米球的尺寸比较大，大概200nm左右，分散的较好，表面不是很光滑，密度比较大，不透光。

然后对单个纳米球进行元素分析，图1（c）为纳米球的mapping图片。绿色和黄色都表示Pt元素的分部圖，基本将纳米球全部覆盖，由于mapping是面扫，很难分清是不是中空结构；橙色显示的是Fe元素的分部图，相对Pt元素来说比较少，只有边缘薄薄一层；红色是外围空气中的氧元素分部。

从元素分析可以看出，纳米球大部分是由内核Pt元素组成，外面覆盖一层Fe元素的壳，并且Pt和Fe都有单质存在，是否有合金还需进一步的验证。可以得出这个纳米球为Pt-Fe纳米球，外面很少的一层Fe元素包裹这大量的Pt元素。

4 小结

本实验得到以下结论：

（1）找到了一种快速在水相中制备双金属纳米球的方法。

（2）纳米球中Pt和Fe的存在形式，有待进一步研究。

（3）此方法有望推广到其他双金属纳米球的制备。

参考文献：

[1]Gao J，Hou Z，et al.Catalytic conversion of methane and CO2 to synthesis gas over a La2O3-modified SiO2 supported Ni catalyst in fluidized-bed reactor.Catalysis today.2008（131）： 278-284.

[2]Kirchner C，Liedl T，et al.Cytotoxicity of colloidal CdSe and CdSe/ZnS nanoparticles.Nano Lett.2005.5（02）：331-338.

[3]Jun Y W，Choi J S，Cheon J.Chem Commun，2007：1203.

[4]Guerrero-Martínez A，Pérez-Juste J，Liz-Marzán L M.Adv Mater，2010（22）：1182.

[5]Zhou S H，Varughese B， Eichhorn B，Jackson G.McIlwrath K. Angew Chem In Ed，2005（44）：4539.

[6]Yu G B，Sun B，Pei Y，Xie S H，Yan S R，Qiao M H，Fan K N， Zhang X X，Zong B N.J Am Chem Soc，2010（132）：935.

[7]Huang W Y，Kuhn J N，Tsung C K，Zhang Y W，Habas S E，Yang P D， Somorjai G A.Nano Lett，2008（08）：2027.

[8]Li L，Li Y，Yao Y，Yao L，Ji W J，Au C.Prog Chem （李雷，李彦兴， 姚瑶，姚良宏，季伟捷，区泽棠.化学进展），2013（25）：71.

作者简介：王帅（1987-），男，陕西岐山人，研究生，助教，研究方向：金属纳米材料合成制备应用。endprint