[发明专利]一种树枝状Pt-Ni-Cu合金纳米颗粒的制备方法

说明书

本发明公开了一种树枝状的Pt‑Ni‑Cu合金纳米颗粒的制备方法。本发明以氯铂酸、氯化铜和氯化镍为原料，以甘氨酸和甲醇为双还原剂，以聚乙烯吡咯烷酮为保护剂和稳定剂，制备得到选择性较高的树枝状Pt‑Ni‑Cu合金纳米粒子，制备方法绿色清洁。获得的树枝状的Pt‑Ni‑Cu合金纳米粒子台阶原子多，活性位密度高，显示出色的甲醇和甲酸电化学活性，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于功能纳米材料技术领域。具体的说，本发明是采用水热合成法制备一种树枝状的Pt-Ni-Cu合金纳米粒子。

背景技术

贵金属 Pt 纳米结构催化剂由于其高稳定性和催化活性，广泛地应用于精细化工，电催化等领域。但由于Pt的价格昂贵，易被反应中间体类CO物质毒化以及Pt催化剂对氧还原反应较慢的动力学都严重阻碍了Pt的实际大规模应用。因此研究工作者的研究重点是提高催化剂的利用率，降低失活率和提高抗CO中毒能力，目前常采用的有效方法是将价格低廉的3d过渡金属元素部分替代 Pt，形成 Pt 基二元/多元合金催化剂，并且通过控制试剂用量和种类，探究不同形貌和组成对催化性能的影响。

过渡金属元素中Cu和Ni是较为丰富和廉价的元素，常被用来制备Pt 基合金。目前有很多种方法制备PtCu合金纳米粒子和PtNi合金纳米粒子的方法，例如张等人在甘氨酸和聚乙烯吡咯烷酮K30双还原剂的作用下制备出凹面PtNi立方块(Small. 2017, 1702617.)。然而，研究表明，与单金属和双金属合金纳米粒子相比，三金属合金纳米粒子可能具有更高的催化活性和选择性。因此设计制备Pt-Ni-Cu合金纳米粒子具有重要的意义。本发明开发的一种树枝状Pt-Ni-Cu合金纳米粒子的方法，大大提高了Pt、Ni、Cu的台阶原子数，增加了合金的活性位密度。

燃料电池由于其对环境污染小、高效率转化等优点，在新能源的开发中应运而生，成为继水利、火电和核能之后的第四代发电装置。质子交换膜燃料电池可以将氢气、甲醇、甲酸、乙醇等为燃料，不经燃烧直接转化成电能，在小型便捷式电源应用上有独特的优势。根据之前的研究表明，质子交换膜燃料电池的催化剂主要还是Pt催化剂，但Pt价格高昂且易中毒在一定程度上限制了燃料电池的应用前景，因此制备用于改进提高电催化性能的催化剂已成为当前迫切急需解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明解决了目前Pt 纳米结构催化剂存在易中毒，寿命短以及价格高昂等技术问题，制备一种高密度活性位的树枝状Pt-Ni-Cu合金纳米粒子，提高Pt纳米结构催化剂的性能。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种树枝状Pt-Ni-Cu合金纳米粒子制备方法的实验步骤如下：

量取2.0mL浓度为20mmol/L的氯铂酸水溶液、1.0mL浓度为20mmol/L的氯化铜水溶液和1.0 mL浓度为20mmol/L的氯化镍水溶液于烧杯中，接着加入甘氨酸、聚乙烯吡咯烷酮K30和NaBr，然后加入甲醇，用磁力搅拌器搅拌12h使其充分配位，然后转入反应釜中，置于烘箱中加热进行反应，反应结束后经过水和乙醇离心洗涤、冷冻干燥等处理步骤，得到树枝状的Pt-Ni-Cu合金纳米粒子。

优选的，甘氨酸的用量范围为270-330 mg，更优选为303mg。

优选的，NaBr的用量范围为580-620 mg，优选为600 mg。

有选的，甲醇的用量范围为0.5 mL-1 mL，更优选为0.7 mL。

优选的，加热反应的温度范围为200°C。