一种制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的方法.pdf

本发明公开了一种制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的方法，应用该方法可制得分散性良好，颗粒尺寸分布范围窄，粒度范围为亚微米级（40nm~480nm之间粒度可控）的铂粉，其型貌为均匀的蜂窝状球形结构，其比表面积大大提高。本发明方法通用且成本低廉。本发明方法的反应前驱体为玛格鲁斯（绿色）盐等，分散剂为阿拉伯树胶等的水溶液，还原剂为抗坏血酸、等。在常温搅拌状态下将铂盐加入分散剂溶液中，再加入浓氨水并加热升温，伴随剧烈搅拌铂盐溶解，最后加入还原剂，加完后继续搅拌反应30-50min，并调节PH值至强酸性，将反应产物过滤、洗涤、干燥后，得到分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉。

权利要求书
1.  一种制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的方法，其特征在于包括以下步骤：
    （1）分散剂溶液的制备：分散剂为阿拉伯树胶、聚乙烯吡咯烷酮—醋酸乙烯共聚物（PVP-CO-VA）、十二烷基硫酸钠（SDS）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、Brij56、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物胶束(Pluronic F127)、聚氧乙烯硬脂酸酯（Brij 700）、4—羟乙酰乙酸内酯（Tetronic 1107）中一种或几种混合物的水溶液；
    （2）还原液的制备：还原剂为抗坏血酸、甲酸、聚乙烯吡咯烷酮（PVP-K30）、乙醇中一种或几种混合物；
    （3）分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的制备：在搅拌状态下，将铂盐加入步骤（1）中的分散剂溶液中，伴随着剧烈搅拌使铂盐溶解，然后加入还原剂，加完后继续搅拌反应30-50min，最后调节反应溶液的PH值至强酸性，继续升温，并搅拌一段时间，将反应生产的产物过滤、并用水和丙酮分别洗涤两次、最后真空干燥后得到分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉。

2.  根据权利要求1所述的制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的分散剂占铂的百分比为10~30%。

3.  根据权利要求1所述的制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的方法，其特征在于：步骤（2）中，所述的还原液中的还原剂的浓度为10~50g/L。

4.  根据权利要求1所述的制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的浓氨水的滴加速度为1~10mL/min。

5.  根据权利要求1所述的制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的pH值应调节为1~4。

6.  根据权利要求1所述的制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的温度应调节为60~90℃。

7.  根据权利要求1所述的制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的方法，其特征在于：步骤（3）中，所述的铂盐中铂的浓度为10~60g/L。

说明书一种制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的方法
技术领域
本发明涉及一种制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的化学液相还原铂前驱体的工艺方法，该工艺方法制备的铂粉在电化学技术工业、微电子工业、催化应用领域和生物医学方面有着广泛的应用。
背景技术
亚微米级蜂窝状球形铂粉的催化性质和吸附性质不仅与它们的化学性质有关系，而且与它们的大小、形貌、分散性、以及单个粒子的结构形态有关系。例如亚微米级蜂窝状球形铂粉作为铂导体浆料和电阻浆料中的主体功能相，其性能对浆料流动性、均匀性、触变性等将产生重大的影响，同时又因其形态呈多孔蜂窝球形，这进一步增大了其比表面积，增强了产品的使用作为电子元器件的使用性能，铂粉主要广泛应用于电子工业厚膜浆料的制备，如电阻浆料、铂浆、银铂浆料、金铂和金铂钯浆料等，这些浆料可在电子工业和传感器上得到广泛应用，如生产混合式集成电路、电阻器、终端连接器、显示板、传感器、检测器等。
传统制备超细粒子的方法是将贵金属离子或其配合物离子通过化学液相还原反应转变为金属离子。在这些传统的还原反应中，由于水是一种极性物质，还原过程中的铂粉颗粒的生成过程具有不可控性，极易造成超细铂粉的团聚、铂粉颗粒为无定形结构、粒度分布范围宽、铂粉合格率低等缺点，这些缺点难以满足铂导体浆料和电阻浆料所需具备的高稳定性、高可靠性等性能。在本发明研究中，这些反应同样是在水溶液中实现，由于铂本身是面心立方体对称结构，它在各向同性的水溶液中自发形成各向异性的亚微米级蜂窝状球形铂粉，这一点是非常罕见的。通过采用合适的还原剂来降低反应介质的反应动力学，通过瞬间形核机制形成铂纳米粒子并控制晶粒长大，通过选择合适的分散剂，控制纳米晶粒的团聚程度，可获得粒度分布范围窄且分散的球形铂粉。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的工艺方法，解决传统制备方法中超细铂粉生成过程中易发生硬团聚、铂粉颗粒为无定形结构和粒度分布范围宽等缺点。本发明通过选择合适的分散剂和还原剂能制备出分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉，且粒度分布窄、均匀性高。该发明方法产量高达95%，不需要添加任何晶种或模版，实验设备简单，反应条件温和，铂粉粒度可控性强，制备的铂粉粒径范围可控制在40nm~480nm之间，不需要高温高压等苛刻的实验条件，反应周期非常短，适合批量生产。该方法制备的亚微米级蜂窝状球形铂粉具有纯度高，颗粒粒径可控性强，均匀分散性好，比表面积大等特性，应用范围涉及催化、电化学技术工业、微电子工业及生物医学等新兴领域。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
（1） 分散剂溶液的制备：分散剂为阿拉伯树胶、聚乙烯吡咯烷酮—醋酸乙烯共聚物（PVP-CO-VA）、十二烷基硫酸钠（SDS）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、Brij56、聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物胶束(Pluronic F127)、聚氧乙烯硬脂酸酯（Brij 700）、4—羟乙酰乙酸内酯（Tetronic 1107）中任意一种或几种组合的水溶液；
（2）还原液的制备：所述的还原剂为抗坏血酸、甲酸、聚乙烯吡咯烷酮（PVP-K30）、乙醇中的任意一种或几种组合；
（3）分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的制备：在搅拌状态下，将铂前驱体加入步骤（1）中的分散剂溶液中，随后逐滴加入浓氨水并加热升温，伴随着剧烈搅拌使铂盐溶解，然后加入还原剂，加完后继续搅拌反应30-50min，最后调节反应溶液的PH值至强酸性，继续升温，并搅拌一段时间，将反应得到的产物过滤、并用水和丙酮分别洗涤两次、最后真空干燥后得到分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉；
步骤（1）中，所述的分散剂占铂的百分比为10~30%。
步骤（2）中，所述的还原液中的还原剂的浓度为10~50g/L。
步骤（3）中，所述的铂盐中铂的浓度为10~60g/L。
步骤（3）中，所述的浓氨水的滴加速度为1~10mL/min。
步骤（3）中，所述的PH值应调节为1~4。
步骤（3）中，所述的温度应调节为60~90℃。
由于采用的以上技术方案，本发明的优点在于：
（1） 在本发明中，由于选用了合适的分散剂组合、还原剂组合，在常温、常压下进行搅拌反应，制得的铂粉的粒径为亚微米级，铂粉的形貌为蜂窝状球形，无团聚，铂粉的产率达到95%以上；反应结束后，铂粉的沉淀迅速，有利于铂粉的分离。
（2） 本发明的方法成本低，在常温常压下用简易的实验器材就能完成，且能耗低，产品的纯度高，产率高，铂粉分散性好，均匀度高，球形度好、比表面积大，在催化、电化学电极材料应用方面具有较高活性。且铂粉的粒度尺寸可以通过调节分散剂、还原剂的浓度来控制。
（3） 本发明制备的分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉具有较高的球形度，在微电子工业应用方面适用于电子导体浆料和电阻浆料的配制，使浆料具有较好的流动性和触变性，方便进行丝网印刷。
总之，本发明方法通用且成本低廉。本发明的制备分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的方法，应用后可制得分散性良好，颗粒尺寸分布范围窄，粒度范围为亚微米级（40nm~480nm之间粒度可控）的铂粉，其型貌为均匀的蜂窝状球形结构，其比表面积大大提高。
附图说明
图1为是实施例1制备的分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的扫描电镜图。
图2为实施例1制备的分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉透射电镜。
图3为实施例1制备的分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉扫描透射照片。
图4是实施例2制备的铂粉的扫描电镜图。
图5是实施例4制备的铂粉的20nm透射电镜图片。
图6是实施例4制备的铂粉的50nm透射电镜图片。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
实施例1
（1） 分散剂溶液的制备：配置300ml溶解有1.56g阿拉伯树胶的水溶液作为分散剂；
（2） 分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的制备：在搅拌状态下，将玛格鲁斯盐（铂的浓度为60g/L）加入步骤（1）中的分散剂溶液中，随后逐滴加入浓氨水并加热升温，伴随着剧烈搅拌使玛格鲁斯盐溶解，停止加入浓氨水，然后一次性加完14g抗坏血酸，加完后继续搅拌反应30~50min，最后调节反应溶液的PH值至强酸性，继续升温至90℃，并搅拌一段时间，将反应生产的产物过滤、并用水和丙酮分别洗涤两次、最后真空干燥后得到分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉；
本实施例制备的亚微米级蜂窝状铂粉颗粒是均匀的球形，平均粒径为170nm,无团聚，分散性好，其扫描、透射电镜、扫描透射电镜照片分别如图1、2、3所示。从图3可知，制备的铂粉呈骨架三维立体网络状（蜂窝状），这种结构能增加其比表面积。
实施例2
（1） 分散剂溶液制备：配置300ml溶解有0.78g阿拉伯树胶的水溶液作为分散剂；
（2） 分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的制备：在搅拌状态下，将玛格鲁斯盐加入步骤（铂的浓度为60g/L）（1）中的分散剂溶液中，随后逐滴加入浓氨水并加热升温，伴随着剧烈搅拌使玛格鲁斯盐溶解，停止加入浓氨水。再一次性加完14g抗坏血酸，加完后继续搅拌反应30~50min，最后调节反应溶液的PH值至强酸性，继续升温，并搅拌一段时间，将反应生产的产物过滤、并用水和丙酮分别洗涤两次、最后真空干燥后得到分散的亚微米级球形铂粉；
本实施例制备的亚微米级蜂窝状铂颗粒是均匀的球形，平均粒径为480nm，无团聚，分散性好。其扫描电镜图如图4所示。
实施例3
（1） 分散剂溶液制备：配置200ml溶解有1.5gPluronic F127的水溶液作为分散剂；
（2） 分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的制备：在搅拌状态下，将氯亚铂酸钾（铂盐浓度为50g/l）加入步骤（1）中的分散剂溶液中，再迅速加完200ml浓度为88%的甲酸，加完后继续搅拌反应30~50min，最后调节反应溶液的PH值至强酸性，继续升温，并搅拌一段时间，将反应生产的产物过滤、并用水和丙酮分别洗涤两次、最后真空干燥后得到分散的亚微米级球形铂粉；
本实施例制备的亚微米级蜂窝状铂颗粒是椭球形或近球形，平均粒径70nm，无团聚，分散性好。
实施例4
（1） 分散剂溶液制备：配置200ml溶解有1.54gTetronic 1107的水溶液作为分散剂；
（2） 分散的亚微米级蜂窝状球形铂粉的制备：在搅拌状态下，将氯亚铂酸钾（铂盐浓度为50g/l）加入步骤（1）中的分散剂溶液中，再迅速加完100ml浓度为88%的甲酸与7g抗坏血酸晶体，加完后继续搅拌反应30~50min，最后调节反应溶液的PH值至强酸性，继续升温，并搅拌一段时间，将反应生产的产物过滤、并用水和丙酮分别洗涤两次、最后真空干燥后得到分散的亚微米级球形铂粉；
本实施例制备的亚微米级蜂窝状铂颗粒是均匀的球形，平均粒径为40nm，无团聚，分散性好。其透射电镜图如图5、图6所示。