[发明专利]用于电催化氧还原的枝状PtPdCu纳米颗粒及其制备方法

说明书

本发明提供用于电催化氧还原的枝状PtPdCu纳米颗粒及其制备方法，将钯盐与一定浓度的盐酸按一定比例混合，得到钯前驱体溶液；其次，称取一定量的丹宁酸，按顺序滴入钯前驱体溶液，氯化铜溶液，氯铂酸溶液和去离子水。再将混合物在室温下连续搅拌一定时间后转移到不锈钢高压反应釜中，将水热反应后的产物通过离心清洗，得到枝状PtPdCu纳米颗粒。本发明操作简单方便、可重复性高、成分可控，制备的枝状纳米颗粒具有优异的电催化氧还原性能。

技术领域

本发明涉及新能源功能材料领域，更具体地说涉及一种工艺简单，易操作，重复性好的电催化氧还原催化剂的制备方法。

背景技术

众所周知，质子交换膜燃料电池受到阴极氧还原反应动力学限制的约束，铂催化剂目前是最有效的催化氧还原反应的材料，然而，由于铂在地壳中的储量低，价格高，限制了它在燃料电池中的广泛应用。从而铂基催化剂成为非常有潜力的、在一些催化反应中可以替代纯铂甚至比其更佳的催化剂选择。因此，制备具有高催化活性的纳米铂基颗粒是目前的研究热点。由于金属间的协同作用(几何效应和电子效应)，引入其他金属成为增强催化剂催化性能的首选。

目前，主要采用模板法、电沉积法和化学还原法等方法合成贵金属粒子。模板法一般需要前期准备模板以及后期去除模板等工作，且容易在模板去除过程中造成颗粒形貌的破坏，工艺繁琐，操作复杂。电沉积法制备的贵金属颗粒尺寸较大，一般在微米级或微/纳米级，且工艺难以控制，可重复性差。相比之下，化学还原法工艺简单，易操作，产物形貌尺寸容易控制，重复性好，尤其是较低温度下的一步合成法具有非常明显的优势。因此在较低温度下，采用简单的化学还原法制备各种形貌的纳米铂基催化剂，并通过调控工艺参数实现产物形貌或尺寸的改变，这为简化制备工艺以及其他贵金属纳米颗粒的控形控性制备提供了参考，具有一定的指导意义。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种用于电催化氧还原的枝状PtPdCu纳米颗粒及其制备方法，研究出简单易重复的制备方法，制备出枝状PtPdCu纳米颗粒，铜的加入不仅能降低铂的利用率，还能通过改变铂的电子结构来降低铂和氢氧键之间的结合能，从而提高对氧还原反应的催化性能。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

用于电催化氧还原的枝状PtPdCu纳米颗粒及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，将钯盐与盐酸按摩尔比为(1-4)：4混合均匀后，得到钯前驱体溶液，钯前驱体溶液的摩尔浓度为(5-20)mM；

步骤2，将0.160g-0.450重量份的丹宁酸置于反应容器中，依次向上述反应容器中滴入0.5-2.5mL的步骤1制备得到的钯前驱体溶液、0.5-16mL的氯化铜溶液和0.5-5mL 的氯铂酸溶液，滴加速率为5-10滴/min后，在向其中加入去离子水后，得到混合溶液，混合溶液的总体积为25-35mL；

步骤3，将步骤2制备得到的混合溶液在室温下20-25℃搅拌均匀后转移至反应釜中，在80-120℃下保温4-8h，炉冷冷却至室温20-25℃后，冷却速率为1-5℃/min，得到黑色混合溶液；

步骤4，将步骤3制备得到的黑色混合溶液通过离心，并用去离子水和乙醇的混合物洗涤后，得到用于电催化甲醇氧化的枝状PtPdCu纳米颗粒。

在步骤1中，钯盐与盐酸按摩尔比为1：2，钯盐采用质量分数为99％(Pd％为59％)的氯化钯粉末，钯前驱体溶液的摩尔浓度为10mM。

在步骤2中，丹宁酸的用量为0.175-0.400重量份，钯前驱体溶液用量为0.5-2mL，氯化铜溶液的浓度为5mM，氯铂酸溶液用量为1-15mL，氯铂酸溶液用量为1-4mL，氯铂酸溶液5mM，混合溶液的总体积为28-32mL。

在步骤3中，搅拌时间为12-18min，在90-110℃下保温5-7h，炉冷冷却至室温20-25℃，冷却速率为2-3℃/min。