[发明专利]单分散、壳层厚度精确可控Pd@Pt核@壳纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供的一种单分散、壳层厚度精确可控的Pd@Pt核@壳纳米材料及其制备方法与应用，其中Pd@Pt核@壳纳米材料是以Pd为核、Pt为壳所构筑成的Pd@Pt_nL核@壳纳米颗粒，n为壳层数目，所述Pd@Pt_nL核@壳纳米颗粒的壳层厚度可精确控制，Pt壳层厚度每增加约0.7nm对应Pt壳层的层数增加3层，本发明合成所采用的方案是一锅溶剂热法，简单有效、具有可扩展性、使用设备简单、反应周期短、效率高、复现性好、工业化应用前景广阔，另外，将本发明的Pd@Pt核@壳纳米材料负载在商业活性炭上，进一步提高其催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及燃料电池材料领域，尤其涉及一种单分散、壳层厚度精确可控Pd@Pt核@壳纳米电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

作为一种新型能源转换技术，燃料电池仍然在其商业化应用方面面临着巨大挑战，这主要是由于阴极氧气还原反应(ORR)仍然需要大量的贵金属Pt催化剂。为了减少Pt用量、提高催化性能和稳定性，Pt基双金属纳米电催化剂备受关注，其特点为：1、减少Pt的用量；2、通过双金属间的电子耦合效应增强催化活性和改善稳定性。特别是Pd@Pt核@壳双金属纳米颗粒，金属Pd原子和Pt原子之间所存在的压缩效应是增强ORR催化活性和改善稳定性的主要因素。到目前为止，几种制备Pd@Pt核@壳纳米颗粒的方法已经报道。有Yuntaek etal.利用NaBH₄作为还原剂在水相系统中合成了碳负载Pd@Pt核壳纳米颗粒(Pd@Pt/C)，平均尺寸为4-5nm。Xia's group利用抗坏血酸(AA)和乙二醇(EG)作为还原剂在水相系统中制备了Pd@Pt核壳纳米颗粒。但是上述方法存在制备过程复杂、不能精确控制壳层厚度、耗时、高费用、产量少等缺点。

也有Kun Cao et al.利用面积选择原子层沉积(ALD)法制备了原子级可控的Pd@Pt核壳纳米颗粒。Shangqian Zhu et al.利用欠电位沉积(Cu-UPD-Pt)法制备了Pd@Pt核壳纳米颗粒。尽管上述方法具有制备单层Pt壳的优点，但是，其仍然存在制备过程复杂、耗时、高费用、产量少、不利于批量化制备等不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种单分散、壳层厚度精确可控Pd@Pt核@壳纳米材料，其以Pd为核、Pt为壳，具有高分散性和高均匀性。

同时本发明还提供了一种利用上述单分散、壳层厚度精确可控Pd@Pt核@壳纳米材料的Pd@Pt核@壳纳米电催化剂。

本发明所采用的技术方案是：

一种单分散、壳层厚度精确可控的Pd@Pt核@壳纳米材料，所述Pd@Pt核@壳纳米材料是以Pd为核、Pt为壳所构筑成的Pd@Pt_nL核@壳纳米颗粒，n为壳层数目，所述Pd@Pt_nL核@壳纳米颗粒的壳层厚度可精确控制。

进一步限定，所述Pd@Pt_nL核@壳纳米颗粒的Pt壳层厚度与Pt壳层的层数在一定原料配比范围内呈正比，具体是在一定原料配比范围内，所述Pd@Pt_nL核@壳纳米颗粒的Pt壳层厚度每增加约0.7nm对应Pt壳层的层数增加3层。

进一步限定，所述Pd@Pt_nL核@壳纳米颗粒的粒径平均尺寸为15.1nm～21.9nm；其中Pt壳层的平均厚度为0.78nm～3.20nm，对应的Pt单层层数为3.4～13.9。

一种单分散、壳层厚度精确可控的Pd@Pt核@壳纳米电催化剂，其包括活性炭载体和负载在其上的活性组分，所述活性组分为上述的单分散、壳层厚度精确可控的Pd@Pt核@壳纳米材料。

进一步限定，所述单分散、壳层厚度精确可控的Pd@Pt核@壳纳米电催化剂，其特征在于：所述活性组分所占催化剂总质量的百分比为7％～11％。