[发明专利]三元素双层PdNi@Pt纳米线的制备方法

说明书

一种三元素双金属核壳结构纳米线，它是一种在直径为4.8nm的PdNi合金纳米线包裹一层Pt的核壳结构一维纳米线。上述三元素双金属核壳结构纳米线的制备方法主要是利用水热溶剂法制备出直径为4.8nm的PdNi合金纳米线，将PdNi合金纳米线溶液与乙二醇溶剂混合，磁力搅拌后用移液枪逐滴加入H₂PtCl₆，并在50～80℃下搅拌8～12h，最后在8000～9500r/min下用乙醇离心清洗2～3次，并置于70℃鼓风干燥箱中烘干，得到三元素双层PdNi@Pt纳米线。本发明方法简单，降低了催化剂的成本，以非贵金属Ni与价格较低的Pd合金为核，在降低了Pt用量的同时极大提高了催化剂的活性。

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种催化剂的制备方法。

技术背景

随着科学技术的不断发展，人类对能源的需求量不断上升，加之对石化燃料的快速消耗造成了自然资源的极度匮乏，导致了温室气体的浓度大幅增加，对环境的破坏污染日益严重，因此发展替代能源和绿色清洁能源成为现阶段科学家研究探讨的主要方向。其中质子交换膜燃料电池以其高效、高稳定性、零温室气体排放等优势，在科学和工程领域被广泛研究。燃料电池是一种电化学转换装置，能够将化学能在催化剂存在的条件下和氧化剂发生反应将其转化为电能、热量和水，其中催化剂影响着反应发生的快慢，对燃料电池的工作效率有着决定性作用，因此科学家们将制备高效稳定的催化剂作为燃料电池的重点研究内容。其中，铂被认为是最高效、最有研究价值且研究最为广泛的催化剂，但是由于铂元素在自然界中含量极少且价格昂贵，因而科学家们在提高铂性能的同时将降低铂的用量作为研究的重点。

在几十年来的研究过程中，科学家们已经制备出多种形貌的高活性铂基纳米结构催化剂，例如核壳、纳米粒子、纳米线、纳米晶体等，与此同时科学家们发现钯、镍等金属可以提高铂的催化性能，同时可以降低铂的用量。其中，在各种形貌的金属纳米结构外包裹一薄层铂元素，生成M@Pt核壳结构催化剂已经成为降低Pt用量和提高Pt利用率的重要手段。早期，科学家们试图利用非贵金属做核，制备Pt基核壳结构纳米催化剂，例如，Chen Y等人(Journal of Physical Chemistry C,2011,115(115):24073-24079)利用两步还原法制备出Ni-Pt核壳纳米粒子，其催化性能与商业Pt/C相当，大大降低了Pt的用量。随后，人们发现利用价格较Pt稍低的Pd做核，不仅可以降低Pt的使用量，同时可以提高催化剂的性能，例如，Hui-Hui Li等人(Journal of the American Chemical Society,2015,137(24):7862-7868)利用电化学置换法在Pd纳米线外置换出薄Pt纳米层，其催化性能是商业Pt/C的数倍之多。随后，Xin-Yu Liu等人(Sci Rep,2015,5:7619)利用贾凡尼反应制备出了PdNi@Pt核壳纳米粒子，不仅可以降低贵金属的用量，其氧还原反应催化活性对比单纯的Ni核催化剂有了进一步的提高。

研究发现，现阶段制备出的核壳结构催化剂以粒子或立方体的形貌居多，但是在电化学催化中，超细单晶纳米线以其超高的长径比、超高的比表面积及高电子传输速度，使其在各种催化剂形貌中脱颖而出，而现阶段核壳结构纳米线都是以单元素金属纳米线为核心，限制了核心模板的协同作用，影响了外层金属铂的催化活性，且以贵金属为核心的催化剂成本较高，本专利发明的三元素双层纳米线是以PdNi合金为核心，将核心模板进行了改良，在提高了催化性能的同时降低了贵金属钯的用量进而降低了催化剂的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够降低Pt用量的同时极大提高了催化剂活性的三元素双层PdNi@Pt纳米线的制备方法。本发明主要是利用水热法制备PdNi合金纳米线，然后通过还原剂法在纳米线外包裹一层Pt，进而制备出PdNi@Pt一维材料。

本发明的三元素双层PdNi@Pt纳米线是一种在直径为4.8nm的PdNi合金纳米线包裹一层Pt的核壳结构一维纳米线。

上述三元素双层PdNi@Pt纳米线的制备方法：