[发明专利]金核/银铂合金壳结构的岛状多孔三金属纳米棒及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及金属纳米棒及其制备方法，特别涉及一种金核/银铂合金壳结构的岛状多孔三金属纳米棒及其制法，该方法利用共生长反应实现了铂银在金纳米棒表面形成合金结构的岛状多孔纳米颗粒。该金核/银铂合金壳结构的岛状三金属纳米棒对甲醇的氧化有更强的催化活性和抗CO中毒能力，可用于甲醇燃料电池催化剂。

背景技术

铂纳米材料因其优良的催化能力在很多重要的化学反应中扮演重要的角色，例如，在燃料电池、石油化工、汽车尾气净化等领域，铂都是被广泛使用的催化剂。但是由于铂资源缺乏，导致它价格高昂一全世界用于催化剂铂的用量每年近100吨，价值高达40多亿美元。所以，如何进一步提高铂纳米材料的催化活性和利用效率是新能源和相关领域发展的重大关键问题。很多研究小组通过改变纳米尺度下铂的形貌、结构和大小来优化铂纳米颗粒的催化性能。杨培东等人通过改变还原方法制备了幼八面体、立方体和多孔的铂纳米颗粒，并且证明了多孔铂纳米颗粒由于拥有更高的比表面积，因此表现出比其他形貌的铂纳米粒子更高的催化活性。(H.Lee，S.E.Habas，S.Kweskin，D.Butcher，G.A.Somorjai，P.Yang，Angew.Chem.Int.Ed.，2006，45，7824-7828)厦门大学的孙史刚研究组利用电化学的方法制备了拥有[730]、[520]等高指数面的铂二十四面体纳米颗粒，研究证实这种铂二十四面体纳米晶体具有很高的催化活性，以单位铂表面积来计算它对甲酸、乙醇等有机小分子燃料电氧化的催化活性是目前商业铂催化剂的2-4倍，显示它在燃料电池和电化学催化等领域的应用价值。(N.Tian，Z.Zhou，S.G.Sun，Y.Ding，Z.L.Wang，Science，2007，316，732-735)

虽然铂被认为是最有效的催化剂，但纯铂催化剂容易引起燃料分子在氧化过程中产生的CO类似中间产物的中毒效应，这就极大地降低了铂的催化活性。目前，改善铂催化活性降低其中毒效应的方法主要是双金属方法。近年来，许多铂基双金属，如铂钌、铂铑、铂金、铂钯和铂银双金属纳米颗粒等都被报道用于提高铂催化剂的抗中毒能力。在这些贵金属中，银是产量最高价格最便宜，因此铂银双金属催化剂被认为是降低催化剂价格的理想替代物。关于铂银双金属催化剂改善铂催化性能的报道也有一些，MarianChatenet等人比较了铂银双金属催化剂和铂催化剂在碱性条件下对氧气还原反应催化的活性和稳定性，表明这种铂银双金属双金属催化剂有更好的稳定性和活性(M.Chatenet，M.Aurousseau，R.Durand，F.Andolfatto，Journal of The Electrochemical Society，2003，150，D47-D55)。S.Martínez等采用电化学沉积的方法制备了铂银双金属块体催化剂，该研究人员利用循环伏安法研究了该双金属电极对甲醇氧化的催化活性和抗CO中毒能力，作者认为铂银双金属电极能够有效减轻CO中毒效应，因为CO在Ag/Pt表面的吸附能力比Pt表面更弱，但是，Ag/Pt双金属催化剂对甲醇氧化的催化活性比纯Pt弱(S.Martínez，C.F.Zinola，J Solid State Electrochem.，2007，11，947-957)。

随着对Pt基催化剂的进一步研究，人们发现当向Pt双金属纳米颗粒中加入第三种金属形成三金属纳米结构材料，其催化性能仍会进一步提高。目前基于Pt-Ru的三金属纳米颗粒报道最多，因为在燃料电池中Pt-Ru被认为是活性最高的双金属催化剂.ErmeteAntolini曾对Pt三金属催化剂在燃料电池中改善甲醇和乙醇氧化的催化活性和抗中毒中毒能力的最近进展作过详尽的评述(E.Antolini，Applied Catalysis B：Environmental，2007，74，337-350)。但是有关Au-Pt-Ag三金属催化剂的报道仍未见到。关于三金属纳米材料的合成，目前报道的方法主要有共还原结合物理混合法、激光辐射法、微乳法和电化学沉积等方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对甲醇有高催化活性和抗CO中毒能力的金核/银铂合金壳结构的岛状多孔三金属纳米棒；

本发明的另一目的在于提供一种上述金核/银铂合金壳结构的岛状多孔三金属纳米棒的制法。

本发明的技术方案如下：