[发明专利]超细PtRh纳米线及其催化剂制备方法、应用

说明书

本发明公开了超细PtRh纳米线，Rh原子均匀地掺杂在Pt超细纳米线中。本发明还公开了上述超细PtRh纳米线的制备方法。本发明还公开了一种PtRh/C金属纳米催化剂。本发明还公开了上述PtRh/C金属纳米催化剂的制备方法。本发明还公开了上述PtRh/C金属纳米催化剂在燃料电池阴极氧还原反应过程中作为催化剂的应用。本发明所得纳米晶体尺寸均一，分散性好，稳定性好，并且具有较高的催化反应活性。

技术领域

本发明涉及贵金属纳米催化剂技术领域，尤其涉及超细PtRh纳米线及其制备方法，和PtRh/C金属纳米催化剂及其制备方法、应用。

背景技术

随着全球经济的发展，人类对能源的需求与日俱增。化石能源是人类目前主要的能源来源，而大量化石能源的使用，造成了能源短缺问题及一系列的环境问题。因此，开发清洁能源刻不容缓。近年来，质子交换膜燃料电池受到各国科学家们的广泛关注。它是一种可以直接将化学能转化为电能的发电装置，具有功率密度大、能量转化效率高、绿色环保、结构简单等优点。其常用的阴极氧还原催化剂为碳载铂，其中金属铂的催化活性相对较高，但是碳载铂的稳定性有待提高，因此在限制了质子交换膜燃料电池的发展。经对现有相关材料的检索发现，设计催化剂结构及金属参杂能显著提高催化剂的稳定性和催化性能。例如，《美国化学会会志》(Journal of the American Chemical Society,132,14364,2010)报道了在AuNi0.5Fe核上生长少量原子层Pt的方法，成功地提高了催化剂的催化性能和稳定性。《德国应用化学杂志》(Angewandte chemie-international edition，46,4060，2007)报道了生长Pt纳米管和PtPd纳米管的方法，显著提高了催化剂的稳定性。到目前为止，尚未有人报导出快速制备Pt超细纳米线参杂少量Rh的方法。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了超细PtRh纳米线及其制备方法、PtRh/C金属纳米催化剂及其制备方法、应用，其在阴极氧还原反应中具有高活性和高稳定性，从而发挥其在质子交换膜燃料电池阴极氧还原反应中的催化优势并发掘出更广阔的应用潜能。

本发明提出的超细PtRh纳米线，Rh原子均匀地掺杂在Pt超细纳米线中。

优选地，Pt超细纳米线具有一维结构。

优选地，Rh元素与Pt元素的质量比为0.7～0.9：14～15。

本发明还提出的上述超细PtRh纳米线的制备方法，依次将乙酰丙酮铂、乙酰丙酮铑和双十二烷基二甲基溴化铵加入油胺中进行超声处理得到混合溶液；向混合液中加入羰基钨，升温进行高温反应，冷却至室温，清洗，干燥得到超细PtRh纳米线。

优选地，乙酰丙酮铂和油胺的质量体积比(mg/mL)为28～30：4.8～5.2，乙酰丙酮铑和油胺的质量体积比(mg/mL)为2.7～3.5：4.8～5.2，双十二烷基二甲基溴化铵和油胺的质量体积比(mg/mL)为85～95：4.8～5.2，羰基钨和油胺的质量体积比(mg/mL)为9～11：4.8～5.2。

优选地，乙酰丙酮铂和油胺的质量体积比(mg/mL)为28.8：5，乙酰丙酮铑和油胺的质量体积比(mg/mL)为3.2：5，双十二烷基二甲基溴化铵和油胺的质量体积比(mg/mL)为90：5，羰基钨和油胺的质量体积比(mg/mL)为10：5。

优选地，超声处理的时间为0.4～0.6h，优选为0.5h。

优选地，高温反应的温度为175～185℃，高温反应的时间为1.5h～2.5h。

优选地，高温反应的温度为180℃，高温反应的时间为2h。

优选地，干燥的温度为75～85℃，优选为80℃。