[发明专利]一种形貌可控的铂钯/二硫化钼纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域及其应用，涉及贵金属功能化二硫化钼纳米复合材料的制备及应用，尤其涉及一种形貌可控的铂钯/二硫化钼纳米复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

铂对于催化各种染料分子(如：甲醇、乙醇、甲酸)来说是最有效的电化学催化剂。然而，对于纯铂来说，仍然存在一些问题，如价格比较高、阴极反应动力学比较慢、易于CO毒性等，这些问题阻碍了燃料电池商业化的发展。迫切需要设计出更好的依据铂基础上的催化剂和提高整体催化性能的纳米材料。目前，可通过控制原子水平组分，形貌和表面结构来增强其铂的性能。此外，还可通过增加价格低的金属来代替部分铂组分，以增强铂表面原子的电子结构，这就是我们所说的双金属成分。迄今为止，在铂的基础上合成的双金属有：铂钯、铂镍、铂钴、铂金和铂铜。其中钯与铂由于具有相同的面心立方晶格，良好的相容性和较小的晶格失配率(只有0.77％)，所以它们很容易用来制备单一晶体结构的纳米材料。与此同时，钯也具有很好的催化性能，并且价格仅占铂的40％。因此，在不减少催化性能的条件下，钯作为减少材料成本的最佳候选者。

目前，钯铂纳米复合材料的合成方法有很多，如：种子法、溶剂热法、电化学置换法、共还原法等，然而，这些方法合成步骤较多，需要专门的合成技术，这使得合成成为了一个较大的挑战。尽管之前有关一步法合成制备钯铂双金属纳米材料已经有了文献报道。譬如，Jiang等人通过一步法制备了不同组分的具有许多介孔的钯铂双金属纳米颗粒，这种催化剂对甲醇的氧化表现出良好的电催化活性。Li等人利用快速的一步湿化学法合成了钯铂核和铂壳的纳米环功能化石墨烯复合材料，并探究了其对氧气还原(ORR)和甲醇的氧化反应的电催化性能，结果表明该复合材料对ORR和甲醇的氧化反应都表现出了优异的电催化增强性能和良好的稳定性。同样，Zhang等人采用不同的卤素来调控材料的形貌制备了不同形貌的铂钯双金属纳米材料，并证实了这几种催化剂对甲醇具有良好的催化性能。

但是通过单一改变钯与铂的摩尔比制备出不同形貌的钯铂双金属纳米颗粒仍然还比较少。此外，采用此方法制备形貌可控，尺寸可控和组分可控的不同形貌铂钯双金属纳米颗粒功能化二硫化钼纳米复合材料并用于探究其电催化性能还没有文献报道。因此本发明的制备方法对于制备不同形貌、尺寸、组分的纳米复合材料具有潜在的应用前景。

近几年，石墨烯作为一个典型的二维催化剂载体受到广泛关注，而二硫化钼作为一种无机石墨烯，具有与石墨烯相似的物理和化学性能。这些独特的物理和化学性能如大的比表面积，良好的化学稳定性，具有直接能带隙，具有足够的催化活性位点等，这些特点使得二硫化钼在作为支持材料时不仅能使纳米材料催化面积最大化，而且也能增强电子的运输。因此，二硫化钼作为支持材料已经有了很多应用。譬如，Sreeprasad等人报道了通过化学和微波辅助法制备了纳米金棒功能化二硫化钼复合材料并具有光疗和热疗性能。Yuwen等人报道了通过微波辅助法制备了Pd-MoS₂纳米复合材料并且对甲醇催化氧化具有较强的电催化性能。Huang等人制备了Pd，Pt，Au和Ag纳米颗粒功能化单层的MoS₂纳米片复合材料，并在这几种复合材料中，Pt-MoS₂对析氢反应相对于商业的Pt催化剂来说具有较高的催化活性。综上所述，Pt基的双金属纳米颗粒功能化MoS₂纳米复合材料在电催化方面具有更优异的催化性能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种形貌可控的铂钯/二硫化钼纳米复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明的制备方法采用的技术方案具体包含以下步骤：

1)首先配制铂钯前驱体，浓度为10mM～200mM的次氯铂酸钾和次氯钯酸钾；

2)配制溶液一：首先使二甲基甲酰胺(DMF)与超纯水混合，保证DMF与H₂O的体积比为1:5～1:1，之后加入二硫化钼，使得整个溶液中二硫化钼的浓度为10～50μg/mL，混合均匀后在磁力搅拌器上以800～900r/min的转速搅拌20～40min；