铂纳米片在天然/人造石墨中的制备工艺与催化性能研究

一、研究背景与技术突破

二维纳米材料因其独特的超薄结构，在催化领域展现出优于传统三维材料的性能优势。铂基碳材料作为重要的非均相催化剂和电极材料，其颗粒形貌直接影响催化活性。石墨的层状结构（sp²杂化碳层）通过弱范德华力结合，为金属插层化合物（GIC）的制备提供了理想载体。日本学者Masayuki Shirai团队创新性地通过金属氯化物插层-氢还原法，在石墨层间成功制备出尺寸可控的铂纳米片（1-3nm厚度）、铱纳米盘等二维贵金属材料，开创了新型催化剂制备工艺。

二、制备工艺详解（附实验图谱）

核心步骤：

1.插层处理：将铂氯酸（PtCl₄）与石墨粉（天然SGP5/人造SNO5）混合

2.高温反应：723K、0.3MPa氯气氛中处理1周，获得PtCl4-SGP5-GIC/PtCl4-SNO5-GIC

3.氢还原工艺：573K、40kPa氢气中还原1小时生成铂纳米片

关键表征数据：

图1 石墨和氯化铂插层石墨样品的XRD图谱（a） SGP5和PtCl₄-SGP5-GIC（b） SNO₅和PtCl₄-SNO₅-GIC。

图2 Pt-SGP5-GIC的TEM图像。（a）俯视图，（b）侧视图，（c） （b）放大图，（d）石墨层内铂纳米片示意图。

三、结构特性对比分析

四、催化性能对比研究

在肉桂醛加氢反应中，层间铂纳米片展现出显著优势：

• 选择性提升：超临界CO₂中，层间铂对肉桂醇（COL）的选择性达92%，比表面负载铂高40%
• 活性差异：人造石墨载体活性提升23%，归因于微裂纹带来的扩散通道优化
• 机理分析：石墨层间限域效应改变了反应物吸附取向，抑制了C=C键过度加氢

五、工业化应用前景

该技术为燃料电池电极、精细化工催化等领域提供了新型材料解决方案。特别在：

1.生物质转化中的选择性加氢

2.氢能源系统的低铂催化剂开发

3.药物中间体合成的手性控制

等领域具有重要应用潜力。

参考文献：

1.&nbspShirai, M.;  Kubo, K.;  Sodeno, M.; Nanao, H., Platinum Nanosheets Intercalated into Natural and Artificial Graphite Powders. Chemistry – An Asian Journal 2021, 16 （15）, 2035-2040.

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