一种球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的制备方法

1.本发明属于材料技术领域，具体涉及一种球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的制备方法。


背景技术：

2.随着科学技术的进步，金属纳米粒子特别是贵金属纳米粒子因具有独特的光学和光热性质及较高的催化活性，已经被广泛应用于生物、医学、环境等领域。此外，氧化铁纳米粒子因具有成本低和催化活性较高的特点而备受青睐。然而，相比于单一材料的金属纳米粒子，多种金属材料杂化的纳米粒子具有更优异的光学性质和更高的催化活性。但是杂化纳米粒子的合成通常需要高温、高压等苛刻条件，极大地阻碍了其生产规模和应用范围。
3.利用自氧化还原组装法合成金属纳米粒子具有操作简单、制备快速的特点，但其应用往往受限于粒子分散性差，形貌、粒径不均一的特点。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的制备方法，该方法通过精细调控各反应组分的比例、搅拌速度和反应时间，室温下即可多批次一锅合成体积大于1l的球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子。
5.本发明提供了一种球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
6.步骤1：将haucl4溶液、na2pdcl4溶液和去离子水混合后搅拌均匀得到混合溶液；
7.步骤2：向步骤1的混合溶液中加入氨水溶液搅拌均匀得到反应溶液；
8.步骤3：向步骤2的反应溶液中加入fecl2溶液搅拌反应，利用自氧化还原组装法合成金钯/氧化铁杂化纳米粒子；
9.步骤4：将步骤3中反应产物溶液离心洗涤，分散于去离子水中得到球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子溶液。
10.优选的，步骤1中所述haucl4和na2pdcl4的物质的量比为1.5:1～5:1。
11.优选的，步骤1中所述haucl4和na2pdcl4溶液的浓度为0.01～0.05mol l-1
。
12.优选的，步骤2中所述氨水的质量分数为0.01％～1％。
13.优选的，步骤2中所述搅拌时间为1～10min。
14.优选的，步骤1和2中所述haucl4溶液和na2pdcl4溶液总物质的量和氨水的物质的量比为1:8～1:15。
15.优选的，步骤3中所述fecl2溶液的浓度为0.05～0.5mol l-1
。
16.优选的，步骤3中所述搅拌时间为10～60min。
17.优选的，步骤1和3中所述haucl4和na2pdcl4的总物质的量和fecl2的物质的量比为1:5～1:10。
18.优选的，步骤1～4的搅拌速度为200～600rpm。
19.本发明的有益效果
20.本发明提供了一种球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的制备方法，该方法采用自氧化还原组装法，在弱碱性条件下利用氯化亚铁将au
3+
和pd
2+
还原为金钯纳米粒子，自身形成氧化铁包裹于金钯粒子周围。通过精细调控各反应组分的比例、搅拌速度和反应时间等，室温下即可多批次一锅合成体积大于1l的球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子。相比于其它复合纳米粒子的合成过程，该方法具有操作简单、快速、可多批次、大体积合成的特点，更能满足工业化生产的条件。
附图说明
21.图1是本发明制备球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子过程示意图；
22.图2是本发明实施例1多批次一锅合成球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的光学图片和tem图；
23.图3是本发明实施例1合成球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的高分辨tem图；
24.图4是本发明实施例1合成球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的元素分布图；
25.图5是本发明实施例1合成球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的xrd图；
26.图6为本发明实施例1-3合成球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的水合粒径图。
具体实施方式
27.本发明提供了一种球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
28.步骤1：将haucl4溶液、na2pdcl4溶液和去离子水混合后搅拌均匀得到混合溶液；
29.步骤2：向步骤1所述混合溶液中加入氨水溶液搅拌均匀得到反应溶液；
30.步骤3：向步骤2所述反应溶液中加入fecl2溶液搅拌反应，利用自组装氧化还原法合成金钯/氧化铁杂化纳米粒子；
31.步骤4：将步骤3中反应产物溶液离心洗涤，分散于去离子水中得到球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子溶液。
32.按照本发明，本发明首先将na2pdcl4溶液、haucl4溶液和去离子水混合，得到混合溶液。其中，所述haucl4溶液的浓度优选为0.01～0.05mol l-1
，更优选为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05，或0.01～0.05mol l-1
之间的任意值。所述na2pdcl4溶液的浓度优选为0.01～0.05mol l-1
，更优选为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05，或0.01～0.05mol l-1
之间的任意值；所述na2pdcl4溶液和haucl4溶液的摩尔比优选为1.5:1～5:1。
33.按照本发明，在200～600rpm搅拌条件下，向所述混合溶液中迅速加入氨水溶液混合搅拌，得到反应液；所述氨水溶液的质量分数优选为0.01％～1％，更优选为0.01％、0.1％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1％，或0.01％～1％之间的任意值。所述haucl4溶液和na2pdcl4溶液总物质的量和氨水的物质的量优选比为1:8～1:15；所述加入氨水溶液混合搅拌的时间优选为1～10min，更优选为1、3、5、7、9、10，或1～10min之间的任意值。
34.然后，向反应液中快速加入fecl2溶液，搅拌反应，利用自氧化还原组装法合成球形金钯/氧化铁纳米粒子，离心，水洗3次，分散于水中。其中，所述fecl2溶液的浓度优选为0.05～0.5mol l-1
，更优选为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5，或0.05～0.5mol l-1
之间的任意值；优所述haucl4和na2pdcl4的总物质的量和fecl2的物质的量比优选为1:5～1:10；所述加入fecl2溶液混合搅拌的时间优选为10～60min，更优选为10、20、30、40、50、60，或10～
60min之间的任意值。
35.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，实施例中涉及到的原料均为商购获得。
36.实施例1
37.本实例的球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的制备方法包括如下步骤，具体制备过程如图1所示：
38.步骤1：将3ml 0.024mol l-1
haucl4溶液、2ml 0.024mol l-1
na2pdcl4溶液和500ml去离子水混合均匀；
39.步骤2：迅速将20ml 0.075％氨水溶液加入步骤1混合溶液中，500rpm下搅拌2min得到反应溶液；
40.步骤3：将10ml 0.1mol l-1
fecl2溶液加入步骤2反应溶液中，500rpm下持续搅拌20min；
41.步骤4：反应完全后，将步骤3得到的反应溶液离心水洗3次，离心速度为7500rpm，离心时间为8min，分散于100ml去离子水中得到球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子溶液。
42.实施例2
43.本实例的球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的制备方法包括如下步骤，具体制备过程如图1所示：
44.步骤1：将3ml 0.024mol l-1
haucl4溶液、2ml 0.024mol l-1
na2pdcl4溶液和500ml去离子水混合均匀；
45.步骤2：迅速将22.5ml 0.075％氨水溶液加入步骤1混合溶液中，500rpm下搅拌2min得到反应溶液；
46.步骤3：将10ml 0.1mol l-1
fecl2溶液加入步骤2反应溶液中，500rpm下持续搅拌20min；
47.步骤4：反应完全后，将步骤3得到的反应溶液离心水洗3次，离心速度为7500rpm，离心时间为8min，分散于100ml去离子水中得到球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子溶液。
48.实施例3
49.本实例的球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的制备方法包括如下步骤，具体制备过程如图1所示：
50.步骤1：将3ml 0.024mol l-1
haucl4溶液、2ml 0.024mol l-1
na2pdcl4溶液和500ml去离子水混合均匀；
51.步骤2：迅速将18ml 0.075％氨水溶液加入步骤1混合溶液中，500rpm下搅拌2min得到反应溶液；
52.步骤3：将10ml 0.1mol l-1
fecl2溶液加入步骤2反应溶液中，500rpm下持续搅拌20min；
53.步骤4：反应完全后，将步骤3得到的反应溶液离心水洗3次，离心速度为7500rpm，离心时间为8min，分散于100ml去离子水中得到球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子溶液。
54.利用实施例1的方法同时多批次合成球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子，如图2a所示，图2a为合成该纳米粒子时的光学图片。按照实施例1的实验步骤，合成得到的球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的透射电镜(tem)图如图2b-d所示，结果表明，按照实施例1的方法连
续三次合成的纳米粒子的形貌均为球形，平均粒径分别为39.5
±
3.2nm、38.6
±
2.5nm和39.2
±
2.9nm，三批纳米粒子粒径的相对标准偏差(rsd)为1.2％。
55.按照实施例1的方法合成球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的高分辨tem图如图3所示，得到晶格条纹的晶面距分别为0.235nm和0.192nm，分别对应au0的(111)面和pd0的(220)面；
56.图4是本发明实施例1合成球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的元素分布图，可以看出金、钯元素主要分布在纳米粒子的中心，铁元素穿插分布于金、钯元素周围；
57.图5是本发明实施例1合成球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的xrd图，只有金和钯的相关衍射峰，没有fe的相关衍射峰，说明形成的氧化铁是不定型的。
58.图6为本发明实施例1-3合成球形金钯/氧化铁杂化纳米粒子的水合粒径图，由结果可以看出随着氨水的增多纳米粒子的粒径逐渐变小。
59.以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。