Патент на изобретение №2344021

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ ПЛАТИНОВЫХ МЕТАЛЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к способам получения наночастиц платиновых металлов. Способ включает электрохимическое растворение сплава цветного и платинового металлов при контролируемом значении анодного потенциала от +0,1 до +1,2 В с получением наночастиц размером 1-15 нм. При растворении сплава никель-платиновый металл с содержанием платинового металла до 5 мас.% в сульфатно-хлоридном растворителе для получения наночастиц размером 10-15 нм устанавливают значение анодного потенциала +0,3 В, а для получения наночастиц размером 1-7 нм – до +0,8 В. При растворении сплава никель-платина-палладий-родий с содержанием платины – 2%, палладия – 1,5%, родия – 1,5% от массы сплава для получения наночастиц размером 1-5 нм устанавливают значение анодного потенциала +0,8 В до +1,2 В. При растворении сплава медь-платиновый металл в серной кислоте для получения наночастиц размером 1,0-4,0 нм устанавливают значение анодного потенциала +0,6 В. Технический результат – возможность, регулируя потенциал анода, получать наночастицы необходимого строения и состава. 4 з.п. ф-лы.

Способ получения наночастиц платиновых металлов относится к электрохимическим способам получения наночастиц платиновых металлов. Полученные в виде осадка наночастицы могут быть использованы в каталитических процессах, изготовлении топливных элементов, биомедицинских исследованиях. Известны способы получения наночастиц платиновых металлов методами восстановления солей соответствующих ионов платиновых металлов (С.П.Губин, Г.Ю.Юров, И.А.Катаева. Наночастицы благородных металлов, материалы на их основе, РАН, М., 2006, стр.18-32).

Наиболее близким к заявленному способу является патент 2233791 «Способ получения наночастиц и изготовления материалов и устройств, содержащих наночастицы» авторов Губина С.П. и Хомутова Т.Б. Этот способ включает проведение процессов синтеза частиц и формирования материалов, содержащих наночастицы, при этом синтез наночастиц проводится в молекулярном слое на поверхности жидкой фазы под действием химических воздействий или химических и физических воздействий или их комбинаций, что позволяет получить анизотропные наночастицы.

Однако предложенный способ не позволяет надежно контролировать получение частиц определенного размера. Синтез наночастиц проводится в мономолекулярном слое на границе раздела жидкость – газовая фаза, поэтому на размер и состав частиц будут оказывать влияние состав жидкой фазы, температура, степень сжатия. Контроль всех этих факторов – сложная задача, что может привести к отклонению состава и свойств частиц от заданных значений.

Задачей настоящего изобретения является получение наночастиц регулируемого состава и размера.

Указанный технический результат достигается путем электрохимического растворения сплавов цветных и платиновых металлов при контролируемом значении анодного потенциала, что позволяет получить наночастицы платиновых металлов необходимого строения и состава.

При этом анодный потенциал растворения выбирают ниже потенциала растворения микроучастков платиновых металлов в кристаллической решетке сплава и получают наночастицы платиновых металлов в виде нерастворимого осадка (анодного шлама).

Содержание платиновых металлов в сплаве составляет не более 5 мас.% сплава. Растворение осуществляют в сульфатно-хлоридном растворителе и используют сплав никель-платиновый металл, при этом для получения наночастиц размером 10-15 нм устанавливают анодный потенциал растворения до +0,3 В, для получения наночастиц 1,0-7,0 нм устанавливают анодный потенциал до +0,8 В. Для получения наночастиц размером 1,0-5,0 нм растворяют сплав никель-платина-палладий с содержанием платины – 2%, палладия – 1,5%, родия – 1,5% массы сплава при значении анодного потенциала от +0,8 В до +1,2 В. При использовании сплава медь-платиновый металл его растворяют в серной кислоте при потенциале анода +0,6 В с получением наночастиц платиновых металлов 1,0-4,0 нм.

Способ основан на том, что при сплавлении цветных (никель, кобальт, медь и др.) и платиновых металлов образуются кристаллические решетки замещения, т.е. атомы платиновых металлов замещают атомы цветных металлов в их кристаллической решетке, что приводит к образованию в решетке сплава микроучастков с более положительным потенциалом растворения (И.П.Масляницкий, Л.В.Чугаев, В.Ф.Борбат и др. Металлургия благородных металлов. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1987 г, стр.393-398). Металлы в этих зонах не растворяются при потенциале работающего анода и выпадают в нерастворимый осадок (шлам), представляющий собой наночастицы платиновых металлов. В процессе дополнительных исследований авторами заявленного изобретения установлено, что в зависимости от заданного потенциала растворения можно получить наночастицы необходимого строения, состава, размеров и свойств. Размеры частиц от 0,5 нм до 30 нм. Форма частиц – сфероидальная. При нагревании до температуры выше 200°С рентгеноаморфные наночастицы переходят в четко выраженные кристаллические структуры. В рентгеноэлектронных спектрах отсутствует наличие кислорода на поверхности получаемых наночастиц.

Предлагаемый способ позволяет получить наночастицы как одного платинового металла, так и всех платиновых металлов (Pt+Pd+Rh+Ir+Os).

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. 100 г сплава никель-платина с содержанием платины 5% растворяли в качестве анода в сульфатно-хлоридном электролите (Ni²⁺ – 60 г/л, Cl^– 20 г/л, SO₄ ^2- – 74 г/л, рН – 2,0), катодом служила никелевая пластина. Потенциал растворения +0,3 В. В результате растворения получено 5,2 г шлама. Состав полученных наночастиц – платина с примесью никеля. Размеры частиц, установленные на электронном микроскопе, – 10-15 нм.

Пример 2. 100 г сплава никель-платина с содержанием платины 5% растворяли в качестве анода в сульфатно-хлоридном электролите того же состава при потенциале анода +0,8 В. Получено 5,05 г рентгеноаморфного шлама. Размеры наночастиц, установленные на электронном микроскопе – 1,0-7,0 нм. Состав – платина с небольшой примесью никеля.

Пример 3. 100 г сплава никель-платина-палладий-родий с содержанием: платина – 2%, палладий – 1,5%, родий – 1,5% растворяли в тех же условиях, что и в предыдущих опытах при значении анодного потенциала +0,8 В. Получено 5,04 г рентгеноаморфного шлама. Размеры наночастиц, установленные на электронном микроскопе – 1,0-5,0 нм. Состав – платиновые металлы с небольшой примесью никеля.

Пример 4. 100 г сплава медь-палладий с содержание палладия 5% растворяли в качестве анода в серной кислоте (200 г/л) при потенциале анода +0,6 В. Получено 5,01 г рентгеноамофного шлама. Размеры наночастиц, установленные с помощью электронного микроскопа – 1,0-4,0 нм. Состав (химический анализ) – палладий с ничтожно малой примесью меди.

Таким образом, анализ приведенных примеров показывает, что способ получения наночастиц анодным растворением сплавов цветных и благородных металлов позволяет получить наночастицы различных размеров и состава в зависимости от потенциала анода.

Формула изобретения

1. Способ получения наночастиц платиновых металлов, отличающийся тем, что проводят электрохимическое растворение сплава цветного металла, содержащего платиновый металл при контролируемом значении анодного потенциала растворения от +0,1 до +1,2 В с получением наночастиц размером 1-15 нм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят электрохимическое растворение сплава никель-платиновый металл с содержанием платинового металла до 5 мас.% в сульфатно-хлоридном растворителе при установлении значения анодного потенциала растворения +0,3 В для получения наночастиц размером 10-15 нм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят электрохимическое растворение сплава никель-платиновый металл с содержанием платинового металла до 5 мас.% в сульфатно-хлоридном растворителе при установлении значения анодного потенциала растворения до +0,8 В для получения наночастиц размером 1-7 нм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят электрохимическое растворение сплава никель-платина-палладий-родий с содержанием платины 2%, палладия 1,5%, родия 1,5% от массы сплава в сульфатно-хлоридном растворителе при установлении значения анодного потенциала растворения +0,8 В до +1,2 В для получения наночастиц размером 1-5 нм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят электрохимическое растворение сплава медь-платиновый металл в серной кислоте при потенциале анода +0,6 В для получения наночастиц размером 1,0-4,0 нм.