專利名稱：在碳納米管表面負(fù)載納米單金屬粒子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米金屬粒子的制備，尤其涉及一種在碳納米管表面負(fù)載納米單金屬納米粒子的方法。
背景技術(shù)：
碳鈉米管以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，具有廣泛的運(yùn)用。碳納米管的納米管狀結(jié)構(gòu)使其成為一種新的催化劑載體，例如在碳納米管表面負(fù)載Pt和等金屬粒子具有良好的催化性能。通過用硝酸或硫酸-硝酸的混合酸對(duì)碳納米管表面進(jìn)行氧化處理，可以改善金屬在其表面的負(fù)載行為。但是以往的負(fù)載方法仍然采用的是一般的浸泡-還原技術(shù)，也就是首先把處理后的碳鈉米管浸泡在含有金屬鹽的溶液中，使金屬鹽吸附在碳鈉米管的表面(也有進(jìn)入碳鈉米管的內(nèi)管)，然后使其在還原性氣氛下高溫還原。另外也可以采用氣相沉積和化學(xué)鍍的方法在碳納米管表面包袱金屬納米粒子或納米膜。但是這些方法難以控制負(fù)載在碳納米管表面的金屬顆粒的大小，而且其分布也比較寬。例如文獻(xiàn)[1]報(bào)道采用浸泡-還原技術(shù)在碳納米管表面負(fù)載的Pd、Pt、Ag和Au的粒子的平均粒徑分別在7、8、17、8nm，粒徑大小分布在2-12nm。而催化劑的性能受到金屬納米顆粒大小和均勻性的重大影響，一般粒徑越小越均勻，其催化性能越好。因此在碳納米管表面如何負(fù)載具有更小的和尺寸更均勻的納米金屬粒子具有實(shí)際運(yùn)用價(jià)值。
通過含有金屬鹽的多元醇溶液加熱回流，在高溫下多元醇作為還原劑使溶液中的金屬離子還原形成納米粒子這種多元醇工藝被用來在碳納米管表面負(fù)載納米金屬粒子。其典型的過程是加熱回流含有貴金屬鹽的乙二醇溶液和碳納米管的混合物，在高溫下乙二醇作為還原劑使金屬離子還原并負(fù)載在碳納米管的表面。但是這種傳統(tǒng)的加熱回流需要1-3h，也不容易控制最終納米粒子的尺寸。
文獻(xiàn)[1]Xue B，Chen P，Hong Q，Lin JY，Tan KL，Growth of Pd，Pt，Ag and Aunanoparticles on carbon nanotubes，JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY11(9)2378-2381 2001。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在碳鈉米管表面負(fù)載納米單金屬粒子的方法。
它是將碳納米管均勻分散在一種金屬鹽的多元醇溶液中，然后采用微波輻射加熱該碳納米管和金屬鹽多元醇溶液的均勻混合物。每1升的金屬鹽的多元醇溶液含有0.2～8克碳納米管；金屬鹽多元醇溶液中金屬鹽的濃度為0.0002～0.03摩爾/升。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在碳納米管表面負(fù)載的鉑-釕合金納米粒子粒徑細(xì)小，平均粒徑在3～4納米，并且具有窄小的粒經(jīng)尺寸分布。金屬粒子在碳納米管表面的負(fù)載量為5％～42％。本發(fā)明還具有快速，簡單，效率高的優(yōu)點(diǎn)。這種碳鈉米管負(fù)載金屬納米粒子的材料在電化學(xué)能源轉(zhuǎn)換和催化領(lǐng)域具有廣泛的運(yùn)用。
具體實(shí)施例方式
上述金屬鹽為氯鉑酸，氯鉑酸鉀，醋酸鉑，氯化釕，氯金酸，硝酸銀，氯化鈀，醋酸鈀；多元醇為乙二醇；碳納米管為多壁碳納米管或單壁碳納米管。
實(shí)施例1將0.08克的多壁碳鈉米管均勻的分散在含有0.0001摩爾氯鉑酸的50毫升的乙二醇溶液中，在700瓦的微波輻射下加熱1分鐘。透射電鏡觀察碳鈉米管表面負(fù)載的納米鉑粒子的平均粒徑在3.5nm，粒經(jīng)分布在2-4nm之間。鉑金屬納米粒子在碳納米管表面的負(fù)載量為19％。而用傳統(tǒng)的浸泡-還原方法制備的碳鈉米管負(fù)載的納米鉑粒子的平均粒徑在7.6nm，粒經(jīng)分布在2-11nm之間。
實(shí)施例2將0.01克的單壁碳鈉米管均勻的分散在含有0.00001摩爾醋酸鉑的50毫升的乙二醇溶液中，在700瓦的微波輻射下加熱1分鐘.透射電鏡觀察碳鈉米管表面負(fù)載的納米鉑粒子的平均粒徑在3.3nm，粒經(jīng)分布在2-4nm之間，鉑金屬納米粒子在碳納米管表面的負(fù)載量為16％。而用傳統(tǒng)的浸泡-還原方法制備的碳鈉米管負(fù)載的納米鉑粒子的平均粒徑在6.6nm，粒經(jīng)分布在1-9nm之間。
實(shí)施例3將0.4克的多壁碳鈉米管均勻的分散在含有0.0015摩爾氯鉑酸鉀的50毫升的乙二醇溶液中，在700瓦的微波輻射下加熱1分鐘.透射電鏡觀察碳鈉米管表面負(fù)載的納米鉑粒子的平均粒徑在3.6nm，粒經(jīng)分布在2-4nm之間，鉑金屬納米粒子在碳納米管表面的負(fù)載量為42％。而用傳統(tǒng)的浸泡-還原方法制備的碳鈉米管負(fù)載的納米鉑粒子的平均粒徑在7.8nm，粒經(jīng)分布在1-13nm之間。
實(shí)施例4將0.02克的多壁碳鈉米管均勻的分散在含有0.00005摩爾氯化釕的50毫升的乙二醇溶液中，在700瓦的微波輻射下加熱1分鐘。透射電鏡觀察碳鈉米管表面負(fù)載的納米釕粒子的平均粒徑在3.2nm，粒經(jīng)分布在2-4nm之間，釕金屬納米粒子在碳納米管表面的負(fù)載量為20％。而用傳統(tǒng)的浸泡-還原方法制備的碳鈉米管負(fù)載的納米鉑粒子的平均粒徑在6.1nm，粒經(jīng)分布在1-9nm之間。
實(shí)施例5將0.09克的多壁碳鈉米管均勻的分散在含有0.00005摩爾醋酸鈀的50毫升的乙二醇溶液中，在700瓦的微波輻射下加熱1分鐘。透射電鏡觀察碳鈉米管表面負(fù)載的納米粑粒子的平均粒徑在3.8nm，粒經(jīng)分布在2-4.2nm之間，金屬納米粒子在碳納米管表面的負(fù)載量為5.5％。而用傳統(tǒng)的浸泡-還原方法制備的碳鈉米管負(fù)載的納米鉑粒子的平均粒徑在6.8nm，粒經(jīng)分布在1-12.3nm之間。
實(shí)施例6將0.09克的多壁碳鈉米管均勻的分散在含有0.00005摩爾氯化鈀的50毫升的乙二醇溶液中，在700瓦的微波輻射下加熱1分鐘。透射電鏡觀察碳鈉米管表面負(fù)載的納米粑粒子的平均粒徑在3.8nm，粒經(jīng)分布在2-4.2nm之間，金屬納米粒子在碳納米管表面的負(fù)載量為5.5％。而用傳統(tǒng)的浸泡-還原方法制備的碳鈉米管負(fù)載的納米鉑粒子的平均粒徑在6.8nm，粒經(jīng)分布在1-12.3nm之間。
實(shí)施例7將0.09克的多壁碳鈉米管均勻的分散在含有0.00005摩爾氯金酸的50毫升的乙二醇溶液中，在700瓦的微波輻射下加熱1分鐘。透射電鏡觀察碳鈉米管表面負(fù)載的納米金粒子的平均粒徑在3.5nm，粒經(jīng)分布在2-4nm之間，金屬納米粒子在碳納米管表面的負(fù)載量為10％。而用傳統(tǒng)的浸泡-還原方法制備的碳鈉米管負(fù)載的納米鉑粒子的平均粒徑在7.6nm，粒經(jīng)分布在2-11nm之間。
實(shí)施例8將0.04克的多壁碳鈉米管均勻的分散在含有0.00005摩爾硝酸銀的50毫升的乙二醇溶液中，在700瓦的微波輻射下加熱1分鐘。透射電鏡觀察碳鈉米管表面負(fù)載的納米釕粒子的平均粒徑在3.4nm，粒經(jīng)分布在2-4nm之間，釕金屬納米粒子在碳納米管表面的負(fù)載量為11％。而用傳統(tǒng)的浸泡-還原方法制備的碳鈉米管負(fù)載的納米鉑粒子的平均粒徑在6.0nm，粒經(jīng)分布在1-9nm之間。
權(quán)利要求
1.一種在碳鈉米管表面負(fù)載納米金屬粒子的方法，其特征在于將碳納米管均勻分散在金屬鹽多元醇溶液中，然后采用微波輻射加熱該碳納米管和金屬鹽多元醇溶液的均勻混合物；每1升的金屬鹽的多元醇溶液含有含有0.2～8克碳納米管；金屬鹽多元醇溶液中金屬鹽的濃度為0.0002～0.03摩爾/升。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在碳鈉米管表面負(fù)載納米金屬粒子的方法，其特征在于所說的金屬鹽為氯鉑酸、氯鉑酸鉀、醋酸鉑、氯化釕、氯金酸、硝酸銀、氯化鈀、醋酸鈀；對(duì)應(yīng)地在碳納米管上所負(fù)載的金屬為Pt、Pd、Ru、Au、Ag。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在碳鈉米管表面負(fù)載納米金屬粒子的方法，其特征在于所說的多元醇為乙二醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在碳鈉米管表面負(fù)載納米金屬粒子的方法，其特征在于所說碳納米管為多壁碳納米管或單壁碳納米管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在碳納米管表面負(fù)載納米單金屬粒子的方法。這些金屬為Pt、Pd、Ru、Au、Ag。它是將碳納米管均勻分散在一種金屬鹽的多元醇溶液中，然后采用微波輻射加熱該碳納米管和金屬鹽多元醇溶液的均勻混合物；每1升的金屬鹽的多元醇溶液含有0.2～8克碳納米管；金屬鹽多元醇溶液中金屬鹽的濃度為0.0002～0.03摩爾/升；金屬粒子在碳納米管表面的負(fù)載量為5％～42％。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在碳納米管表面負(fù)載的金屬納米粒子粒徑細(xì)小，平均粒徑在3～4納米，并且具有窄小的粒經(jīng)尺寸分布；本發(fā)明還具有快速，簡單，效率高的優(yōu)點(diǎn)。這種碳納米管負(fù)載金屬納米粒子的材料在電化學(xué)能源轉(zhuǎn)換和催化領(lǐng)域具有廣泛的運(yùn)用。
文檔編號(hào)B01J32/00GK1424149SQ0216019
公開日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者陳衛(wèi)祥, 徐鑄德, 祁建琴 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)