一種從離子液體中電沉積納米鉑粉的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種從離子液體中電沉積納米鉑粉的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉑作為一種戰(zhàn)略儲備金屬，被廣泛應(yīng)用于石油及化學(xué)工業(yè)、汽車工業(yè)、電氣電子工業(yè)、玻璃纖維行業(yè)、首飾收藏、醫(yī)療器械和醫(yī)藥等領(lǐng)域。納米鉑粉作為其中的一種產(chǎn)品，具有許多獨(dú)特、優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，可作為催化劑用于石油的重整及精煉，用于汽車尾氣凈化催化劑、火花塞電極和氧傳感器等，同時也用于制備高精密的電子儀器和儀表，應(yīng)用于航空航天和軍事領(lǐng)域。
[0003]目前，電沉積法制備納米鉑粉主要應(yīng)用傳統(tǒng)的水溶液電解體系。水溶液體系電沉積鉑雖然已有160多年的歷史，但與其它貴金屬(金、銀、鈀、銠)相比進(jìn)展緩慢，水溶液的電化學(xué)窗口相對較窄，析氫副反應(yīng)嚴(yán)重，影響電流效率，同時電沉積得到的產(chǎn)品顆粒不均勻，尺寸偏大。加入添加劑控制產(chǎn)物質(zhì)量后，造成體系成分復(fù)雜，無法循環(huán)利用。
[0004]離子液體，又稱室溫熔融鹽，一般由有機(jī)大分子結(jié)構(gòu)的陽離子和陰離子組成，具有熱力學(xué)穩(wěn)定性好、電化學(xué)窗口寬、對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。離子液體因?yàn)楠?dú)特的全離子結(jié)構(gòu)，具有良好的導(dǎo)電性，可以同時起到溶劑和電解質(zhì)的作用，沉積中不產(chǎn)生副反應(yīng)，產(chǎn)物純度高，性能好，被視為電化學(xué)納米科技中的綠色電解液。Hongtao Liu等人在1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽離子液體中成功沉積出了平均粒徑小于10nm的致密且具有金屬光澤的Pt鍍層，同從HClO4水溶液中所得到的Pt鍍層相比，從離子液體中通過電沉積得到的Pt鍍層具有更好的催化活性。
[0005]目前離子液體作為一種電沉積介質(zhì)，引起越來越多學(xué)者的關(guān)注，并已經(jīng)取得了一定成果。但對于電沉積納米鉑粉方面研究較少，還具有廣闊的應(yīng)用前景，需要繼續(xù)探索成本相對低廉、操作簡單且電沉積產(chǎn)品性能更好的離子液體體系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種恒電流電沉積納米鉑粉時采用的離子液體電沉積溶液的組成，本發(fā)明提供了一種從離子液體中電沉積納米鉑粉的方法。
[0007]—種從離子液體中電沉積納米鉑粉的方法，其特征包括以下步驟:
[0008](I)在惰性氣氛下，稱取室溫離子液體，然后加入鉑鹽作為前軀體，鉑鹽與離子液體的摩爾比為1:50?250 ;25?65°C恒溫油浴鍋下攪拌lh，混合均勻后得到電解液；
[0009](2)以鈦、不銹鋼或石墨電極材料為陰極，以玻碳、鉑、鈦或石墨電極作為陽極，將陰、陽電極平行置于電解槽中，兩極間距15?35mm;用步驟(I)制備的電解液通過直流電源進(jìn)行恒流電沉積溫度25?65°C，電流密度為0.004?0.05mA/mm2,電解時間5?24h ;
[0010](3)通過離心方式分離產(chǎn)物與離子液體，收集產(chǎn)品并依次用乙醇、鹽酸、去離子水清洗，以除去殘留的有機(jī)相和未參與反應(yīng)的鉑鹽，再進(jìn)行干燥。
[0011]進(jìn)一步，所述的離子液體為[EMIm]OTF、[EMIm] TA、[EMIm] TFS1、[BMIm] OTF、[BDMIm]BF4gSc [EMIm] PF 6。
[0012]進(jìn)一步，當(dāng)離子液體采用[BDMIm]BF4S [EMIm]PF 6，加入乙醇或乙二醇作為稀釋劑，離子液體與稀釋劑的摩爾比為1:0.1?3。
[0013]進(jìn)一步，所述的鉑鹽SK2PtCl6SK2PtCl413
[0014]進(jìn)一步，所述的惰性氣氛為氬氣或氮?dú)狻?br>[0015]進(jìn)一步，離子液體密封儲存循環(huán)使用。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0017](I)所選離子液體為第二代室溫離子液體，實(shí)驗(yàn)溫度較低，避免了過多的能源消耗。陽離子為烷基取代咪唑離子，陰離子為組成固定，對水和空氣穩(wěn)定的非氯鋁酸類陰離子型，具體為[EMIm]OTF^ [EMIm]TA^ [EMIm]TFS1、[BMIm]OTF^ [BDMIm]BF4W& [EMIm]PFgo 上述前4種離子液體室溫下黏度較低，只有[BDMIm]BFjP [EMIm] PF6黏度較大，電解時需要加入少量稀釋劑(乙醇或乙二醇)；
[0018](2)電解選用普通的直流電源，設(shè)備成本低，電解過程操作簡單；
[0019](3)以上(I)中離子液體均易溶于乙醇，可用乙醇清洗，離心分離后即可得到納米鉑粉，產(chǎn)物顆粒大小均勻，尺寸在5nm以下。
[0020]本發(fā)明中陰極材料和陽極材料不僅限于以上所述，現(xiàn)有電沉積領(lǐng)域可用于做陰極和陽極的材料均可用于本發(fā)明。
【附圖說明】
[0021]圖1為實(shí)施例1得到的電沉積鉑粉的SEM圖；
[0022]圖2為實(shí)施例1得到的電沉積鉑粉的TEM圖:
[0023]從圖中可以看出電沉積得到的鉑粉約為5nm左右，顆粒尺寸均勻；
[0024]圖3為上述產(chǎn)物的XRD圖:
[0025]從圖中可以得出電沉積產(chǎn)物中的鉑確實(shí)是以鉑的單質(zhì)形式存在的。
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明是在惰性氣氛(氬氣或氮?dú)?的手套箱內(nèi)按以下步驟進(jìn)行:
[0027](I)首先稱取室溫離子液體，然后按前驅(qū)體與離子液體的摩爾比為1:50?250比例加入鉑鹽(K2PtCl6、K2PtCl4)，充分恒溫攪拌，混合均勻后得到電解液。根據(jù)選擇的離子液體體系，可考慮加入適量稀釋劑(乙醇、乙二醇)，降低體系黏度；
[0028](2)以鈦、不銹鋼、石墨電極材料為陰極，以玻碳、鈾、鈦、石墨電極作為陽極，將陰、陽電極平行置于電解槽中，兩極間距15?35mm。用步驟(I)制備的電解液通過直流電源進(jìn)行恒流電沉積，電流密度為0.004?0.05mA/mm2，溫度25?65°C，電解時間5?24h ;
[0029](3)通過離心方式分離產(chǎn)物與離子液體，收集產(chǎn)品并依次用乙醇、鹽酸、去離子水清洗，以除去殘留的有機(jī)相和未參與反應(yīng)的鉑鹽，再進(jìn)行干燥。離子液體可密封儲存循環(huán)使用。
[0030]下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，例1，2在充滿氬氣氣氛的真空手套箱中進(jìn)行；例3，4在充滿氮?dú)鈿夥盏恼婵帐痔紫渲羞M(jìn)行。
[0031]實(shí)施例1:
[0032](I)稱取0.05mol的1- 丁基_2，3_ 二甲基咪唑四氟硼酸鹽([BDMInjBF4)離子液體，然后加入0.243g K2PtCl6，在40°C恒溫下攪拌lh，使電解液混合均勻；
[0033](2)以經(jīng)過預(yù)處理的Ti板(10*5*0.2mm)為陰極，以Pt片(5*5*0.2mm)為陽極，將陰、陽電極平行置于電解槽中，間距為30mm。用步驟(I)制備的電解液通過直流電源進(jìn)行恒流電沉積，電流密度為0.0lmA/mm2，通過恒溫油浴鍋控制溫度在40°C，加入5ml乙醇作為稀釋劑，降低體系黏度，電沉積1h ;
[0034](3)通過離心方式分離產(chǎn)物與離子液體，離子液體密封封存可循環(huán)利用。電沉積產(chǎn)物先經(jīng)乙醇清洗，去除殘留有機(jī)相，再用鹽酸清洗，以溶解未反應(yīng)的K2PtCl6，最后用去離子水清洗，干燥，得到純度99%以上的納米鉑粉。
[0035]實(shí)施例2:
[0036](I)稱取0.05mol的1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([EMIm]OTF)離子液體，然后加入0.243g K2PtCl6，在25°C恒溫下攪拌lh，使電解液混合均勻；
[0037](2)以經(jīng)過預(yù)處理的Ti板(15*5*0.2mm)為陰極，以Pt片(5*5*0.2mm)為陽極，將陰、陽電極平行置于電解槽中，間距為25_。用步驟(I)制備的電解液通過直流電源進(jìn)行恒流電沉積，電流密度為0.009mA/mm2，通過恒溫油浴鍋控制溫度在25°C，電沉積12h ;
[0038](3)通過離心方式分離產(chǎn)物與離子液體，離子液體密封封存可循環(huán)利用。電沉積產(chǎn)物先經(jīng)乙醇清洗，去除殘留有機(jī)相，再用鹽酸清洗，以溶解未反應(yīng)的K2PtCl6，最后用去離子水清洗，干燥，得到純度99%以上的納米鉑粉。
[0039]實(shí)施例3:
[0040](I)稱取0.05mol 1-乙基_3_甲基咪唑三氟乙酸酸鹽([EMIm] TA)離子液體，然后加入0.208g K2PtCl4，在25°C恒溫下攪拌lh，使電解液混合均勻；
[0041](2)以經(jīng)過預(yù)處理的Ti板(5*5*0.2mm)為陰極，以Pt片(5*5*0.2mm)為陽極，將陰、陽電極平行置于電解槽中，間距為35mm。用步驟(I)制備的電解液通過直流電源進(jìn)行恒流電沉積，電流密度為0.02mA/mm2，通過恒溫油浴鍋控制溫度在25°C，電沉積8h ;
[0042](3)通過離心方式分離產(chǎn)物與離子液體，離子液體密封封存可循環(huán)利用。電沉積產(chǎn)物先經(jīng)乙醇清洗，去除殘留有機(jī)相，再用鹽酸清洗，以溶解未反應(yīng)的K2PtCl4，最后用去離子水清洗，干燥，得到純度99%以上的納米鉑粉。
[0043]實(shí)施例4:
[0044](I)稱取0.05mol的1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([EMInjPF6)離子液體，然后加入0.243g K2PtCl6，在65°C恒溫下攪拌lh，使電解液混合均勻；
[0045](2)以經(jīng)過預(yù)處理的Ti板(10*5*0.2mm)為陰極，以Pt片(5*5*0.2mm)為陽極，將陰、陽電極平行置于電解槽中，間距為20mm。用步驟(I)制備的電解液通過直流電源進(jìn)行恒流電沉積，電流密度為0.004mA/mm2，通過恒溫油浴鍋控制溫度在65°C，加入5ml乙二醇作為稀釋劑，降低體系黏度，電沉積1h ;
[0046](3)通過離心方式分離產(chǎn)物與離子液體，離子液體密封封存可循環(huán)利用。電沉積產(chǎn)物先經(jīng)乙醇清洗，去除殘留有機(jī)相，再用鹽酸清洗，以溶解未反應(yīng)的K2PtCl6，最后用去離子水清洗，干燥，得到純度99%以上的納米鉑粉。
【主權(quán)項】
1.一種從離子液體中電沉積納米鉑粉的方法，其特征包括以下步驟: (1)在惰性氣氛下，稱取室溫離子液體，然后加入鉑鹽作為前軀體，鉑鹽與離子液體的摩爾比為1:50?250 ;25?65°C恒溫油浴鍋下攪拌lh，混合均勻后得到電解液； (2)以鈦、不銹鋼或石墨電極材料為陰極，以玻碳、鉑、鈦或石墨電極作為陽極，將陰、陽電極平行置于電解槽中，兩極間距15?35mm ;用步驟(I)制備的電解液通過直流電源進(jìn)行恒流電沉積溫度25?65°C，電流密度為0.004?0.05mA/mm2,電解時間5?24h ; (3)通過離心方式分離產(chǎn)物與離子液體，收集產(chǎn)品并依次用乙醇、鹽酸、去離子水清洗，以除去殘留的有機(jī)相和未參與反應(yīng)的鉑鹽，再進(jìn)行干燥。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從離子液體中電沉積納米鉑粉的方法，其特征在于:所述的離子液體為[EMIm]OTF、[EMIm]TA、[EMIm]TFS1、[BMIm]OTF、[BDMIm]BF4S [EMIm]PF6。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從離子液體中電沉積納米鉑粉的方法，其特征在于:當(dāng)離子液體采用[BDMIm]BF4S [EMIm]PF 6，加入乙醇或乙二醇作為稀釋劑，離子液體與稀釋劑的摩爾比為1:0.1?3。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從離子液體中電沉積納米鉑粉的方法，其特征在于:所述的鉑鹽為 K2PtClf^ K 2PtCl4。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從離子液體中電沉積納米鉑粉的方法，其特征在于:所述的惰性氣氛為氬氣或氮?dú)狻?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從離子液體中電沉積納米鉑粉的方法，其特征在于??離子液體密封儲存循環(huán)使用。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種從離子液體中電沉積納米鉑粉的方法，首先將鉑鹽(K2PtCl6、K2PtCl4)溶解于室溫離子液體中作為電解液，然后采用恒流方式在較低溫度(25～65℃)下電沉積，在陰極表面獲得納米鉑粉，上述操作均在惰性氣體保護(hù)下的手套箱中進(jìn)行。所用的離子液體具體為[EMIm]OTF、[EMIm]TA、[EMIm]TFSI、[BMIm]OTF、[BDMIm]BF4以及[EMIm]PF6，具有常溫黏度低、導(dǎo)電性好的特點(diǎn)。本發(fā)明采用的電解液組成簡單，易于控制，可循環(huán)利用，同時具有設(shè)備成本低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的優(yōu)勢。
【IPC分類】B82Y40/00, C25C5/02
【公開號】CN105063665
【申請?zhí)枴緾N201510472079
【發(fā)明人】王志宏, 邱立新, 席曉麗, 馬立文, 聶祚仁
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月5日