[发明专利]单分散、壁厚精确可控的富Pt纳米笼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、壁厚精确可控的富Pt纳米笼材料及其制备方法与应用，该富Pt纳米笼材料的Pt壁厚尺寸每增加约0.7nm对应Pt壁单层层数增加3层，采用一锅溶剂热法和酸刻处理法联合合成具有高分散性和高均匀性的富Pt纳米笼材料，制备过程简单，条件温和，具有扩展性、反应周期短、效率高、复现性好、工业化应用前景广阔，此外，本发明还首次提出了通过控制反应温度实现单分散、壁厚精确可控，进而实现不同应用环境不同需求适应性控制富Pt纳米笼材料的壁厚，其催化活性和稳定性远优于商业Pt/C催化剂。

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、壁厚精确可控的富Pt纳米笼材料及其制备方法与应用。

背景技术

现如今，传统能源伴随世界经济蓬勃发展的同时，相应的环境污染和能源危机也潜在地破坏着地球的生态环境。因此，寻找可替代传统能源的新型能源是21世纪经济和工业发展亟待解决的问题。燃料电池因其能量转化效率高，噪音低等优点而备受广大研究者的关注。

尽管燃料电池是一种新型能源转换技术，但是其商业化应用方面仍然面临着巨大挑战，这主要是由于阴极氧还原反应(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，富Pt纳米笼电催化剂备受关注，其特点为：1、减少Pt的用量；2、更大的比表面积；3、更多的三维可接触表面；4、更高的Pt原子利用率。

到目前为止，几种制备富Pt纳米笼的方法已经报道。Xia's group首先利用Pd种子协助生长法制备了一系列由{100}_Pt或{111}_Pt晶面围成的Pd@Pt纳米颗粒，然后经过酸刻处理，制备了具有确定Pt壁厚的富Pt纳米笼。另外，Li's group也利用Pd种子协助生长法制备了由{111}_Pt晶面围成的Pd@Pt纳米颗粒，然后经过酸刻处理，制备了具有确定Pt壁厚的富Pt纳米笼。虽然这种方法具有制备确定Pt壁厚的优点，但是该方法仍然存在过程繁琐、产量少、不能精确调控Pt壁厚、不利于批量化制备等缺点。

然而，一锅溶剂热法因其简单易行、经济有效、有利于批量制备等优点引起了广大研究者的兴趣。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种单分散、壁厚精确可控的富Pt纳米笼材料，其具有高分散性和高均匀性、高催化活性，且壁厚精确可控。

同时本发明还提供了一种利用上述单分散、壁厚精确可控的富Pt纳米笼材料制成的负载型单分散、壁厚精确可控的富Pt纳米笼电催化剂。

本发明所采用的技术方案是：

一种单分散、壁厚精确可控的富Pt纳米笼材料，所述富Pt纳米笼材料的Pt壁层数n为5.3～13.9；壁厚分布范围为1.22nm～3.20nm，且可精确控制。

进一步限定，所述富Pt纳米笼材料的粒径范围为15.6nm～20.8nm。

进一步限定，所述富Pt纳米笼材料的Pt壁厚度与Pt单层的层数在一定条件下呈正比。

进一步限定，在一定原料配比范围内，所述富Pt纳米笼材料的壁厚每增加约0.7nm，相应Pt单层的层数增加3层。

一种负载型单分散、壁厚精确可控的富Pt纳米笼电催化剂，所述负载型单分散、壁厚精确可控的富Pt纳米笼电催化剂包括载体和负载在载体上的活性组分，所述活性组分为权利要求1所述单分散、壁厚精确可控的富Pt纳米笼材料。

进一步限定，所述活性组分所占催化剂总质量的百分比为5％～10％。

进一步限定，所述负载型单分散、壁厚精确可控的富Pt纳米笼电催化剂催化氧气还原反应的最高质量活性为1.17A/mg_Pt、且最高面积比活性为4.17mA/cm²。