CN104416164A

CN104416164A - 铂黑及其制备方法

Info

Publication number: CN104416164A
Application number: CN201310396095.9A
Authority: CN
Inventors: 朱国青; 汪冬红; 张玥薇; 陈韦; 张锦平
Original assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Current assignee: Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-03-18
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: CN104416164B

Abstract

本申请公开了一种铂黑的制备方法，包括步骤：s1、将碳介质溶解在去离子水中，混合均匀后超声分散；s2、调节溶液的PH值至3~5；s3、通入惰性气体，同时加入氯铂酸溶液；s4、利用紫外光进行光照，获得纳米铂；s5、对纳米铂进行煅烧，获得铂黑。本发明还公开了一种铂黑。本发明的反应工艺可控性强、设备简易；牺牲性物质为g-C₃N₄（石墨化氮化碳，尿素的煅烧产物），廉价易得、易实现且污染小；制备工艺有利于推广至规模化工业生产；通过调节反应浓度、反应温度、反应时间、优化设备，可实现对铂黑的可控生产。

Description

铂黑及其制备方法

技术领域

本申请涉及化工领域，特别是涉及一种铂黑及其制备方法。

背景技术

化工生产上，铂族金属是最好的催化剂，如硝酸生产的铂网触媒等；铂族金属还可用于汽车尾气的净化，保护环境；铂又可被用做燃料电池、心脏起搏器、生物传感器的电极。

铂黑(Platinum Black)是金属铂的极细粉末，呈黑色。目前国内企业主要依靠进口，有美国的Johnson Matthey Fuel Cells公司、Sigma Aldrich公司等。

国内铂黑依赖进口，且Johnson Matthey Fuel Cells公司的铂黑是在分散在其他材料中，铂金的含量低；其他公司，如Aladdin Industrial Corporation公司等，铂黑的尺寸不能保证在10nm左右。

发明内容

本发明的目的提供一种铂黑及其制备方法，制备过程可控，适用于工业化生产，获得的铂黑的尺寸大多在10nm左右。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铂黑的制备方法，包括步骤：

s1、将碳介质溶解在去离子水中，混合均匀后超声分散；

s2、调节溶液的PH值至3~5；

s3、通入惰性气体，同时加入氯铂酸溶液；

s4、利用紫外光进行光照，获得纳米铂；

s5、对纳米铂进行煅烧，获得铂黑。

优选的，在上述的铂黑的制备方法中，所述碳介质为石墨化氮化碳。

优选的，在上述的铂黑的制备方法中，所述的石墨化氮化碳的制备方法具体包括：

（1）将尿素晶体研磨充分，然后进行烘干；

（2）室温开始加热，升温速率1~5℃/min，升温至400~600℃保持2~4h；

（3）用稀硝酸进行溶解；

（4）水洗、抽滤、烘干获得石墨化氮化碳。

优选的，在上述的铂黑的制备方法中，所述的步骤（1）中，烘干的温度为50~80℃；所述稀硝酸的浓度为0.01~0.2mol/L。

优选的，在上述的铂黑的制备方法中，所述步骤s1中，将碳介质溶解在在去离子水中，混合均匀后超声分散直至溶液变成均匀的米白色。

优选的，在上述的铂黑的制备方法中，所述的步骤s1中，超声所采用的仪器为KQ-300DA型数控超声波清洗器，超声时间大于等于1h。

优选的，在上述的铂黑的制备方法中，所述的步骤s2中，加入浓度为0.1~5mol/L的乙酸调节PH值。

优选的，在上述的铂黑的制备方法中，所述的惰性气体为氮气。

优选的，在上述的铂黑的制备方法中，所述氯铂酸溶液的浓度为5~20mg/mL。

优选的，在上述的铂黑的制备方法中，所述的步骤s4中，紫外光的发生装置为氙灯。

优选的，在上述的铂黑的制备方法中，所述的步骤s5中，煅烧的条件为：升温速率为1~5℃/min；煅烧温度为600~1125℃；煅烧时间为3h。

本发明还公开了一种铂黑，采用上述的方法制备获得。

与现有技术相比，本发明的优点在于：反应工艺可控性强、设备简易；牺牲性物质为g-C₃N₄（石墨化氮化碳，尿素的煅烧产物），廉价易得、易实现且污染小；制备工艺有利于推广至规模化工业生产；通过调节反应浓度、反应温度、反应时间、优化设备，可实现对铂黑的可控生产。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1和图2所示为实施例1中所得铂黑的TEM像；

图3所示为实施例1中所得铂黑在TEM模式下的能谱分析；

图4所示为实施例1中所得铂黑的选区衍射图。

具体实施方式

铂黑：platinum black，金属铂的极细粉末呈黑色，溶于王水，不溶于水和无机酸。化工及制造精密合金等的原料：主要用作电子工业厚膜浆料的导电组份，微电子技术中高稳定、高可靠、性能优良的导电浆料和电极浆料的导电组份。

g-C₃N₄：graphitic carbon nitride，石墨化氮化碳，其结构式如下：

尿素：CO(NH₂)₂，其结构式为：

本发明利用一种高分子为介质得到高分散小尺度的纳米铂金催化剂，在此基础上煅烧得到了黑色的纳米铂金催化剂(铂黑)。

具体地，本发明实施例公开了一种铂黑的制备方法，包括步骤：

s1、将碳介质溶解在去离子水中，混合均匀后超声分散；

s2、调节溶液的PH值至3~5；

s3、通入惰性气体，同时加入氯铂酸溶液；

s4、利用紫外光进行光照，获得纳米铂；

s5、对纳米铂进行煅烧，获得铂黑。

上述的制备方法中，优选地，碳介质为石墨化氮化碳，石墨化氮化碳的制备方法具体包括：

（1）将尿素晶体研磨充分，然后进行烘干；

（3）用稀硝酸进行溶解；

（4）水洗、抽滤、烘干获得石墨化氮化碳。

上述步骤（1）中，烘干的温度优选为50~80℃；所述稀硝酸的浓度优选为0.01~0.2mol/L。

上述的步骤s1中，超声分散直至溶液变成均匀的米白色，超声所采用的仪器优选为KQ-300DA型数控超声波清洗器，超声时间大于等于1h；步骤s2中，优选加入浓度为0.1~5mol/L的乙酸调节PH值；惰性气体优选为氮气，也可以为氩气、氦气等其他惰性气体；氯铂酸溶液的浓度优选为5~20mg/mL；紫外光的发生装置优选为氙灯，可以用不同型号的仪器代替，也可以用其他紫外光发生器（如紫外灯管等）代替；步骤s5中，煅烧的条件优选为：升温速率为1~5℃/min；煅烧温度为600~1125℃；煅烧时间为3h。

碳介质还可以为其他碳材料，比如氧化石墨烯。

本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

铂黑的制备步骤包括：

一、制备石墨化氮化碳（g-C₃N₄），具体包括：

（1）将尿素晶体(CO(NH₂)₂)研磨充分，在50℃的环境下烘干；

（2）在马弗炉(Fisher Scientific)中煅烧3h,升温速率1℃/min；

（3）用稀硝酸HNO₃(0.01mol/L)溶解；

（4）水洗、抽滤并烘干获得石墨化氮化碳。

二、将干燥的石墨化氮化碳100mg溶解于100mL去离子水中(石英烧杯中)，搅拌过夜，利用KQ-300DA型数控超声波清洗器（超声功率为90%）超声分散2h，溶液变成均匀的米白色。

三、加入浓度为0.1mol/L的乙酸，调节PH值为3。

四、通入氮气，通气过程中加入浓度为5mg/mL的氯铂酸溶液500 uL，氮气通入时间为30min。

五、利用(PLS-SXE300)氙灯光源进行光照反应3.5h，得到纳米铂。

六、对纳米铂进行煅烧，煅烧的条件为：升温速率为1℃/min；煅烧温度为600℃；煅烧时间为3h，获得铂黑。

图1和图2所示为实施例1中所得铂黑的TEM像。由图中可以看出，铂黑的尺寸大多在10nm左右。

图3所示为实施例1中所得铂黑在TEM模式下的能谱分析。

图4所示为实施例1中所得铂黑的选区衍射图，符合铂的Fm3m(225)空间群，Fcc排列。

实施例2

铂黑的制备步骤包括：

一、制备石墨化氮化碳（g-C₃N₄），具体包括：

（1）将尿素晶体(CO(NH₂)₂)研磨充分，在80℃的环境下烘干；

（2）在马弗炉(Fisher Scientific)中煅烧3h,升温速率5℃/min；

（3）用稀硝酸HNO₃(0.2mol/L)溶解；

（4）水洗、抽滤并烘干获得石墨化氮化碳。

二、将干燥的石墨化氮化碳100mg溶解于100mL去离子水中(石英烧杯中)，搅拌过夜，利用KQ-300DA型数控超声波清洗器（超声功率为90%）超声分散1h，溶液变成均匀的米白色。

三、加入浓度为5mol/L的乙酸，调节PH值为5。

四、通入氮气，通气过程中加入浓度为20mg/mL的氯铂酸溶液500 uL，氮气通入时间为30min。

五、利用(PLS-SXE300)氙灯光源进行光照反应2.5h，得到纳米铂。

六、对纳米铂进行煅烧，煅烧的条件为：升温速率为5℃/min；煅烧温度为1125℃；煅烧时间为3h，获得铂黑。

综上所述，本发明提供的制备方法投入应用后具有的有益效果在于：反应工艺可控性强、设备简易；牺牲性物质为g-C₃N₄（石墨化氮化碳，尿素的煅烧产物），廉价易得、易实现且污染小；制备工艺有利于推广至规模化工业生产；通过调节反应浓度、反应温度、反应时间、优化设备，可实现对铂黑的可控生产。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims

1.一种铂黑的制备方法，其特征在于，包括步骤：

s1、将碳介质溶解在去离子水中，混合均匀后超声分散；

s2、调节溶液的PH值至3~5；

s3、通入惰性气体，同时加入氯铂酸溶液；

s4、利用紫外光进行光照，获得纳米铂；

s5、对纳米铂进行煅烧，获得铂黑。

2.根据权利要求1所述的铂黑的制备方法，其特征在于：所述碳介质为石墨化氮化碳。

3.根据权利要求2所述的铂黑的制备方法，其特征在于：所述的石墨化氮化碳的制备方法具体包括：

（1）将尿素晶体研磨充分，然后进行烘干；

（3）用稀硝酸进行溶解；

（4）水洗、抽滤、烘干获得石墨化氮化碳。

4.根据权利要求3所述的铂黑的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中，烘干的温度为50~80℃；所述稀硝酸的浓度为0.01~0.2mol/L。

5.根据权利要求2所述的铂黑的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，将碳介质溶解在在去离子水中，混合均匀后超声分散直至溶液变成均匀的米白色。

6.根据权利要求5所述的铂黑的制备方法，其特征在于：所述的步骤s1中，超声所采用的仪器为KQ-300DA型数控超声波清洗器，超声时间大于等于1h。

7.根据权利要求1所述的铂黑的制备方法，其特征在于：所述的步骤s2中，加入浓度为0.1~5mol/L的乙酸调节PH值。

8.根据权利要求1所述的铂黑的制备方法，其特征在于：所述的惰性气体为氮气。

9.根据权利要求1所述的铂黑的制备方法，其特征在于：所述氯铂酸溶液的浓度为5~20mg/mL。

10.根据权利要求1所述的铂黑的制备方法，其特征在于：所述的步骤s4中，紫外光的发生装置为氙灯。

11.根据权利要求1所述的铂黑的制备方法，其特征在于：所述的步骤s5中，煅烧的条件为：升温速率为1~5℃/min；煅烧温度为600~1125℃；煅烧时间为3h。

12.一种铂黑，其特征在于：采用权利要求1至11任一所述的方法制备获得。