[发明专利]一种碳材料负载的银铂纳米合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种碳材料负载的银铂纳米合金复合材料及其制备方法，所述复合材料由碳载体与银铂纳米颗粒构成，其中碳载体选自导电碳黑、杂原子掺杂碳材料、碳纳米管或者石墨烯中的一种；银铂纳米颗粒中银和铂的原子比为1：20‑1：3。所述复合材料的制备方法包括：(1)制备银盐和铂盐组成的前驱体溶液；(2)将前驱体溶液、碳材料和溶剂混合进行加热。本发明所述的制备方法适用于各类碳材料，应用性强，工艺简便，可重复性高，产率高，使用的反应条件温和，对环境友好，便于大规模的工业化生产；所制备的复合材料具有催化活性高、稳定性好和成本低廉等优点，在化学催化、电化学催化、光催化和电化学传感器领域有着潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于能源材料及材料合成领域，具体涉及一种碳材料负载的银铂纳米合金复合材料及其制备方法。

背景技术

燃料电池具有能量转化效率高和运行产物无污染的优点，在新能源汽车领域有着巨大的应用前景。在燃料电池的阴阳极中通常需要有催化剂来催化燃料在电极上的反应，而现今使用最广泛和性能最优越的电极反应催化剂是铂金属。但由于铂金属是一种稀缺资源，其单价昂贵，因此使用纯铂作为催化剂构建燃料电池会大大提高燃料电池的成本，阻碍其实际的推广应用。因此，如何在提高或保持含铂基催化剂性能的同时有效地降低催化剂中铂金属的用量，成了燃料电池应用于新能源汽车领域中急需解决的重要问题之一。

为了解决上述问题，许多研究者都尝试对铂基材料/催化剂进行了改良，其中包括对活性金属组分的研究和载体的研究，具体如下：

一、对活性金属组分的研究：这部分的研究包括改良纯铂纳米颗粒和制备铂与其它金属结合形成的纳米颗粒等。研究发现：将其它金属掺入铂中制成合金可以显著提高催化性能并能降低铂的用量，比如，M.Markovic在2007年时发表的Science论文(Science，2007，315：493-497)中发现Pt₃Ni合金材料的电催化活性远高于Pt单晶材料，在理论条件下其催化活性能达到纯Pt的几十倍。因此将合金体系应用于燃料电池催化剂中可以降低催化剂的成本，有助于燃料电池的推广。

二、对催化剂载体的研究：这部分的研究包括改良现有的碳载体和研制新型的载体等。现有的碳载体在催化过程中会发生腐蚀现象，从而导致催化剂结构坍塌或者负载的金属催化剂脱落等不良影响，所以对载体的改良也是必要的。另外，现在的研究表明，一个经过改良的载体还可以显著提高负载于其上的金属催化剂的性能与稳定性，因此改良载体可以起到一举两得的效果，比如，J.F.Drillet在2017年发表于Applied Catalysis B:Environmental的论文(Applied Catalysis B:Environmental，2017,204：173-184)中提到使用多孔的碳载体可以提高催化剂催化甲醇氧化的性能，并且催化剂的稳定性也因此而得到提高，这就证明对碳载体的改良也是提高催化剂性能和降低催化剂成本的好方法之一。

发明内容

本发明的目的在于解决现有燃料电池中的缺点，提供一种碳材料负载的银铂纳米合金复合材料及其制备方法。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种碳材料负载的银铂纳米合金复合材料，其特征在于，所述复合材料由碳材料载体与银铂纳米颗粒构成，其中碳材料载体选自导电碳黑、杂原子掺杂碳材料、碳纳米管或石墨烯中的一种；银铂纳米颗粒由银金属与铂金属按原子比为1：3-1：20比例所组成的合金构成；复合材料中金属组分所占的质量比为0.1％-80.0％。

一种碳材料负载的银铂纳米合金复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(1)配制氨水与有机溶剂的混合溶液1，然后加入无机银盐和无机铂盐，制成混合溶液2，所得混合溶液2在室温静置4小时以上制得前驱体溶液；

(2)将步骤(1)中制得的前驱体溶液、碳材料和溶剂混合均匀，将所得混合物在60℃-140℃加热2-8小时，分离出固体产物即可制得所述碳材料负载的银铂纳米合金复合材料。