制備碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的方法以及由該方法制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請要求于2013年8月1日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請?zhí)?0-2013-0091405的優(yōu)先權(quán)及權(quán)益，該專利申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。
[0002] 本申請?jiān)O(shè)及制備碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的方法W及由所述方法制備的碳載 體-金屬納米粒子復(fù)合物。
【背景技術(shù)】
[0003]納米粒子是具有納米級粒度的粒子，并且由于較大的比表面積W及電子轉(zhuǎn)移所需 能量根據(jù)物質(zhì)尺寸改變的量子限制效應(yīng)而顯示出完全不同于塊體材料的光、電和磁性質(zhì)。 因此，由于運(yùn)些性質(zhì)，許多關(guān)注都集中在納米粒子在催化、電磁、光學(xué)和醫(yī)療等領(lǐng)域中的適 用性上。納米粒子可W視為塊體與分子之間的中間物，并且可W按照兩個方向上的方法，即 "自上而下"法和"自下而上"法來合成。
[0004]合成金屬納米粒子的方法的實(shí)例包括使用還原劑在溶液中還原金屬離子的方法、 使用伽馬射線合成金屬納米粒子的方法W及電化學(xué)方法等，然而在現(xiàn)有的方法中，難W合 成具有均勻尺寸和形狀的納米粒子，或者由于多種原因（例如由使用有機(jī)溶劑引起的環(huán)境 污染和高成本等問題)而難W經(jīng)濟(jì)地大批量生產(chǎn)高質(zhì)量的納米粒子。
[0005]此外，由于金屬納米粒子容易經(jīng)熱處理溫度或反應(yīng)溫度而變得不穩(wěn)定，因而很多 情況下將金屬納米粒子分散在載體中并使用。因此，需要開發(fā)一種可W有效地在載體上負(fù) 載金屬納米粒子的方法。
[0006][引文列表]
[0007] 韓國專利申請公開No. 10-2005-0098818

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引技術(shù)問題
[0009]本申請所要解決的問題為提供一種制備碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的方法，該 方法可W有效地在碳載體上負(fù)載具有均勻納米尺寸的納米粒子。
[0010] 此外，本申請所要解決的另一問題是提供一種由所述制備方法制備的碳載體-金 屬納米粒子復(fù)合物。
[0011] 本申請所要解決的問題并不局限于前述技術(shù)問題，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員從下面 的描述中可W清楚地理解其它未提及的技術(shù)問題。
[0012]技術(shù)方案
[0013]本申請的示例性實(shí)施方案提供一種制備碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的方法，該 方法包括:形成包含碳載體的溶液，在所述溶液中，通過在溶劑中混合碳載體和表面活性劑 而在所述碳載體的表面上引出親水性官能團(tuán)；通過向所述溶液中加入第一金屬鹽和第二金 屬鹽來混合所述第一金屬鹽和所述第二金屬鹽；W及通過向所述溶液中加入還原劑來形成 金屬納米粒子。
[0014]本申請的另一示例性實(shí)施方案提供由所述制備方法制備的碳載體-金屬納米粒子 復(fù)合物。具體而言，本申請的另一示例性實(shí)施方案提供一種碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物， 該碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物包含:在其表面上引出親水性官能團(tuán)的碳載體，W及包含兩 種金屬的金屬納米粒子，其中，所述金屬納米粒子的平均粒徑為30nmW下，W及所述金屬納 米粒子負(fù)載在所述碳載體上。
[001引有益效果
[0016]當(dāng)采用根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方案的制備方法時(shí)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：通過在均勻 分散的碳載體上有效地負(fù)載具有幾個納米均勻尺寸的金屬納米粒子，可W改善具有均勻尺 寸的金屬納米粒子對于碳載體的分散性和負(fù)載率。
[0017]當(dāng)采用根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方案的制備方法時(shí)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：由于無需對 碳載體進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理例如酸處理，因此該碳載體具有優(yōu)異的耐腐蝕性。具體而言，當(dāng)采用 根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方案的制備方法時(shí)，碳載體可W將比表面積和電導(dǎo)率的損失最小 化，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
【附圖說明】
[0018]圖1示出了制備根據(jù)實(shí)施例1制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的預(yù)期示意圖；
[0019]圖2示出了根據(jù)實(shí)施例1制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的透射電子顯微鏡 (TEM)圖像；
[0020] 圖3示出了根據(jù)實(shí)施例1制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的高角度環(huán)形暗場掃 描透射電子顯微鏡(HAADF STEM)圖像；
[0021]圖4示出了根據(jù)實(shí)施例1制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物中的Ni的HAADF STEM 圖像；
[0022]圖5示出了根據(jù)實(shí)施例1制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物中的Pt的HAADF STEM 圖像；
[0023]圖6示出了根據(jù)實(shí)施例1制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物中的Ni和Pt的HAADF STEM圖像；
[0024]圖7示出了根據(jù)實(shí)施例1制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的通過能量色散譜儀 化DS)得到的分析結(jié)果；
[0025]圖8示出了根據(jù)實(shí)施例2制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的透射電子顯微鏡 (TEM)圖像；
[0026]圖9為圖8的圖像的放大圖；
[0027]圖10示出了根據(jù)比較例1制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的透射電子顯微鏡 (TEM)圖像；
[0028]圖11示出了根據(jù)比較例2制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的透射電子顯微鏡 (TEM)圖像；
[0029]圖12為圖11的圖像的放大圖；
[0030]圖13示出了根據(jù)比較例3制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的透射電子顯微鏡 (TEM)圖像；
[0031] 圖14示出了根據(jù)比較例4制備的碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的透射電子顯微鏡 (TEM)圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 在本說明書中，當(dāng)一個部分"包括"一種組成要素時(shí)，除非另外具體描述，否則運(yùn)不 表示排除另一種組成要素，而是表示還可W包括另一種組成要素。
[0033] 下文中，將更詳細(xì)地描述本說明書。
[0034] 本申請的示例性實(shí)施方案提供一種制備碳載體-金屬納米粒子復(fù)合物的方法，該 方法包括:形成包含碳載體的溶液，在所述溶液中，通過在溶劑中混合碳載體和表面活性劑 而在所述碳載體的表面上引出親水性官能團(tuán)（SlO);
[0035]通過向所述溶液中加入第一金屬鹽和第二金屬鹽來混合所述第一金屬鹽和所述 第二金屬鹽(S20);W及
[0036] 通過向所述溶液中加入還原劑來形成金屬納米粒子(S30)。
[0037]在本申請的示例性實(shí)施方案中，表面活性劑用于通過防止碳載體聚集來改善碳載 體在溶液中的分散性，W及用于通過在碳載體表面上引出親水性官能團(tuán)W促進(jìn)金屬鹽的結(jié) 合來提高金屬納米粒子的負(fù)載率。此外，優(yōu)點(diǎn)還在于金屬納米粒子在碳載體上的分散性變 得優(yōu)異。分散性越好，則參與反應(yīng)的活性位點(diǎn)越多，因此具有改善反應(yīng)性的效果。另外，由于 改善了金屬納米粒子與碳載體之間的相互作用而具有可W改善耐久性的優(yōu)點(diǎn)。
[0038] 此外，根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方案的制備方法的優(yōu)點(diǎn)在于，由于不利用還原電 位差而不考慮第一金屬與第二金屬之間的還原電位。由于利用金屬離子之間的電荷，所述 制備方法比相關(guān)技術(shù)中的制備方法更簡單，因此優(yōu)點(diǎn)在于該制備方法易于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0039] 另外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用酸處理的結(jié)晶碳表面處理存在對結(jié)晶碳的表面造成破 壞，從而降低結(jié)晶碳的耐腐蝕性并降低耐久性的問題。并且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用強(qiáng)酸的酸 處理方法通過提高碳的腐蝕而有利于負(fù)載催化劑，但具有降低作為催化劑的耐久性的不利 效果，并發(fā)明了可W在不腐蝕碳的情況下負(fù)載納米粒子的制備方法W克服上述不利效果。
[0040] 將如下對包含碳載體的溶液(其中，通過在溶劑中混合碳載體和表面活性劑而在 所述碳載體的表面上引出親水性官能團(tuán)）的形成(SlO)進(jìn)行描述。
[0041] 在本申請的示例性實(shí)施方案中，溶劑可W包括水。具體而言，在本申請的示例性實(shí) 施方案中，溶劑可W為水。由于根據(jù)本申請的制備方法不使用有機(jī)溶劑作為溶劑，因此在制 備過程中不需要處理有機(jī)溶劑的后處理過程，因而具有降低成本和防止環(huán)境污染的效果。
[0042] 在根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方案的制備方法中，在溶液的形成中，可W在將碳載 體與表面活性劑混合之前或之后施加超聲波。在此情況下，施加超聲波的時(shí)間可W為30秒 至240分鐘，更具體為1分鐘至60分鐘、1分鐘至30分鐘和2分鐘至5分鐘。具體而言，可W通過 將碳載體和表面活性劑加入溶劑中，對其施加超聲波，然后攬拌所得的溶液來混合碳載體 和表面活性劑。
[0043] 在本申請的示例性實(shí)施方案中，溶液的形成（SlO)可W在4°CW上且低于100°C的 范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行。具體而言，該步驟可W在4°C至35°C的溫度下進(jìn)行。如果使用有機(jī)溶 劑作為溶劑，則存在制備在高于l〇〇°C的高溫下進(jìn)行，因而過程中的成本增加的問題。當(dāng)采 用根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方案的制備方法時(shí)，由于制備可W在低于l〇〇°C的低溫下進(jìn)行， 制備方法較為簡便，因而具有工藝方面的優(yōu)勢和降低成本的顯著效果。
[0044]在本申請的示例性實(shí)施方案中，溶液的形成（SlO)可W通過攬拌溶液5分鐘至120 分鐘，更具體為10分鐘至90分鐘，再更具體為20分鐘至60分鐘來進(jìn)行。并且，在所述攬拌之 前或之后，可W施加超聲波30秒至240分鐘，更具體為1分鐘至60分鐘、1分鐘至30分鐘和2分 鐘至5分鐘。
[0045]在本申請的示例性實(shí)施方案中，表面活性劑的含量可W為碳載體的重量的1至40 倍，具體為1至30倍，更具體為1至20倍。當(dāng)表面活性劑的重量小于碳載體的重量時(shí)，可能無 法實(shí)現(xiàn)高度分散。
[0046]在本申請的示例性實(shí)施方案中，碳載體可W選自碳納米管(CNT)、石墨、石墨締、活 性炭、中孔碳、炭黑、碳納米纖維、碳納米線、碳納米角、碳?xì)饽z、碳納米環(huán)、富勒締(C60)和 SuperP中。
[0047] 所述炭黑的實(shí)例包括超導(dǎo)電乙烘碳黑、科琴黑或乙烘黑。
[0