[发明专利]一种铂铜镍三元合金纳米材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201810129681.X 申请日: 2018-02-08
公开(公告)号: CN108247080B 公开(公告)日: 2020-09-11
发明(设计)人: 方军;杨琪 申请(专利权)人: 厦门大学
主分类号: B22F9/24 分类号: B22F9/24;B22F1/00;B01J23/89;B82Y30/00;B82Y40/00
代理公司: 厦门南强之路专利事务所(普通合伙) 35200 代理人: 马应森
地址: 361005 *** 国省代码: 福建;35
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摘要:
搜索关键词: 一种 铂铜镍 三元 合金 纳米 材料 及其 制备 方法
【说明书】:

一种铂铜镍三元合金纳米材料及其制备方法,涉及功能材料。所述铂铜镍三元合金纳米材料由铂、铜、镍三种金属组成,按摩尔比计算,Pt︰Cu︰Ni为18︰4︰1,整体粒径可为2~30nm,材料的整体形貌均一,粒径大小均匀,分散性良好。制备时,配制无机铂盐前驱体,在无机铂盐前驱体中加入混合液,该混合液由铜盐、镍盐、炭黑、溶剂混合组成,超声分散后与还原剂混合,加热、搅拌,反应后,制得溶液;将制得的溶液冷却后,离心沉降取沉淀,洗涤后即得铂铜镍三元合金纳米材料。制备过程中的反应条件温和,可重复性高,对环境友好;所制备的纳米材料具有高稳定性、高电催化活性和低成本等优点。

技术领域

本发明涉及功能材料,尤其是涉及一种铂铜镍三元合金纳米材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展,化石能源消耗量持续增加,人类正面临着日益严重的能源短缺和环境破坏问题。发展高效的清洁能源,逐步替代传统的化石能源,对于保障能源安全、促进环境保护、减少温室气体排放、实现国民经济可持续发展具有重要意义。燃料电池是一种高效、环境友好的发电装置,它可以直接将贮存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能。在环境与能源备受人们关注的今天,大力发展燃料电池技术已势在必行。电催化剂是燃料电池的关键材料,燃料电池系统要获得高效率和高比能量,就必须提高燃料和氧化剂在电极过程中的反应活性,即研究和发展高效催化剂。目前聚合物电解质燃料电池普遍使用贵金属铂作为催化剂的主要成分,但由于铂资源匮乏,价格昂贵,使得聚合物电解质燃料电池成本居高不下;此外,燃料和空气中存在的杂质气体,如一氧化碳、硫氧化物、氮氧化物等易引起催化剂中毒的累积效应,这是导致燃料电池低寿命的根本原因之一。高成本和低使用寿命严重制约了燃料电池商业化的进程。因此,如何提高催化剂的活性,同时降低电极中铂的用量已成为燃料电池研究领域的重要课题。

目前催化剂的主要研究方向有以下三种:(1)合成铂与其他金属的合金,以有效的降低金属铂的用量,同时一定程度上提高催化剂的催化活性。如Li,Miaoyu等开发的PtRu的催化活性远远高于铂单晶材料(Li M,Zheng H,Han G,et al.Facile synthesis ofbinaryPtRunanoflowers for advanced electrocatalysts toward methanol oxidation[J].Catalysis Communications,2017,92:95-99.)。(2)合成以铂为基础的核壳结构的金属催化剂,如专利CN105013479A公开了一种银核/铂壳结构的纳米材料及其制备方法,该催化剂的催化活性优于铂单晶体材料。(3)开发高效、低成本的非铂催化剂替代铂类催化剂。近年来,非铂催化剂的活性以及在酸性环境下的稳定性已有大幅提高,但仍与铂基催化剂有很大差距。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铂铜镍三元合金纳米材料及其制备方法。

所述铂铜镍三元合金纳米材料由铂、铜、镍三种金属组成,按摩尔比计算,Pt︰Cu︰Ni为18︰4︰1,整体粒径可为2~30nm,材料的整体形貌均一,粒径大小均匀,分散性良好。

所述铂铜镍三元合金纳米材料的制备方法,包括以下步骤:

1)配制无机铂盐前驱体,在无机铂盐前驱体中加入混合液,该混合液由铜盐、镍盐、炭黑、溶剂混合组成,超声分散后与还原剂混合,加热、搅拌,反应后,制得溶液;

2)将步骤1)制得的溶液冷却后,离心沉降取沉淀,洗涤后即得铂铜镍三元合金纳米材料。

在步骤1)中,所述无机铂盐前驱体可选自氯铂酸、四氯合铂酸钾、六氯合铂酸钾、硝酸铂等中的一种;所述铜盐可选自硝酸铜、硫酸铜、氯化铜等中的一种;所述镍盐可选自硫酸镍、硝酸镍、碳酸镍等中的一种;所述溶剂可选自水、低级醇、低级酮等中的一种;

所述无机铂盐前驱体、铜盐、镍盐的摩尔比可为1︰1︰(1~8);炭黑与无机铂盐前驱体的摩尔比可为(10︰1)~(1︰10)。

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