[发明专利]一种多孔空心结构的银/铂合金纳米材料及其制备方法

说明书

一种多孔空心结构的银/铂合金纳米材料及其制备方法，属于功能材料领域。所述多孔空心结构的银/铂合金纳米材料的组分为Ag和Pt的合金，粒径为5～40nm，空心内径为1～25nm，呈爆米花状。制备方法：1)配制柠檬酸钠溶液，加入无机银盐前驱体，搅拌后得混合液，再加入硼氢化钠，继续搅拌，即得银晶种溶液；2)在步骤1)制得的银晶种溶液中加入无机铂盐、聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸，加热反应后，冷却离心取沉淀，即得多孔空心结构的银/铂合金纳米材料。制备方法工艺简单、操作简便、可重复性高，使用的反应条件温和，对环境友好；所制备的多孔空心结构的银/铂合金纳米材料具有高表面积、高电催化活性、高稳定性和低成本等优点。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体是涉及一种多孔空心结构的银/铂合金纳米材料及其制备方法。

背景技术

燃料电池是一种电化学装置，它不经过热功转化过程，而是通过电化学方式直接将化学能转化为电能。而热机是将反应所释放的化学能转化为热能再来作功转化为电能，所以能量的利用效率低于燃料电池体系。例如，以H₂为燃料的内燃机效率为10％～20％，而同样以H₂为燃料的燃料电池效率则可以达到45％～50％(理论值为93％)，因此燃料电池的研究热潮在全世界范围内兴起。近来日本的丰田公司发布了2015年将会上市的以燃料电池为动力的汽车(Toyota FCV)，也预示着燃料电池将走向民用的市场，具有潜在的市场与应用前景。

燃料电池的关键材料之一是电极上使用的电催化剂，用于催化燃料或氧化剂的电化学反应。目前广泛应用的是以铂(Pt)为活性物质的催化剂，如铂碳催化剂(Pt/C)，但是铂基催化剂的价格昂贵，导致燃料电池的总成本居高不下。为了降低燃料电池的成本，目前燃料电池催化剂的研究方向主要分为铂基催化剂与非铂催化剂，其中铂基催化剂又分为三大类：(1)纯铂催化剂，主要通过调控铂颗粒的形貌，晶面来提高性能；(2)铂合金催化剂，主要通过将铂掺入其他金属中制成合金来提高性能，其中铂合金催化剂受到广泛关注，M.Markovic在2007年时发表的Science论文上发现Pt₃Ni合金材料的电催化活性远高于Pt单晶材料，随后Pt合金催化剂的研究得到了更多的发展，如山东大学申请的以水热法制备中空铂合金材料的专利(中国专利CN201210041267)等；(3)铂/金属催化剂，制备例如核-壳结构的异二聚体，利用金属间的作用来提高催化剂的性能。而非铂的催化剂则有非贵金属催化、钯基催化剂、过渡金属大环化合物衍生物和非金属催化剂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的燃料电池存在的成本高、效率低、性能差、寿命短等问题，提供成本低、效率高、性能好、寿命长的一种多孔空心结构的银/铂合金纳米材料及其制备方法。

所述多孔空心结构的银/铂合金纳米材料的组分为Ag和Pt的合金，粒径为5～40nm，空心内径为1～25nm，呈爆米花状。

所述多孔空心结构的银/铂合金纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

1)配制柠檬酸钠溶液，加入无机银盐前驱体，搅拌后得混合液，再加入硼氢化钠，继续搅拌，即得银晶种溶液；

2)在步骤1)制得的银晶种溶液中加入无机铂盐、聚乙烯吡咯烷酮(K＝30)和抗坏血酸，加热反应后，冷却离心取沉淀，即得多孔空心结构的银/铂合金纳米材料。

在步骤1)中，所述柠檬酸钠溶液的摩尔浓度可为0.0010～0.5000M；所述无机银盐前驱体与溶液中柠檬酸钠的物质的量之比可为1∶(1～4)；所述硼氢化钠与所加入的无机银盐前驱体的物质量之比可为(3～1)∶1；所述无机银盐前驱体可选自碳酸银、硝酸银、硫酸银等中的一种；所述搅拌的时间可为6～48h。