[发明专利]一种介孔纳米铂镍氧还原电催化剂及其制备方法

说明书

一种介孔铂镍纳米粒子氧还原电催化剂及制备方法，分别配浓度在4～40mM之间的氯铂酸和氯化镍溶液，浓度在0.05～0.5M之间的抗坏血酸溶液；将5～50mg的F127和0.1～0.5g溴化钾溶解在0.1～3mL水中；将0.5～2mL的氯铂酸溶液、0～1mL的氯化镍溶液、0.1～5mL的抗坏血酸溶液和上述溶液混合，置于50～100℃的水浴中反应5～30小时，反应结束，离心、洗涤得到介孔铂镍纳米粒子，将产物在40～60℃干燥10～14小时，得到介孔铂镍纳米粒子氧还原电催化剂。本发明制备工艺灵活，在低温常压下，制得的材料具有优异的电催化氧还原性能。

(一)技术领域

本发明涉及一种介孔纳米铂镍氧还原电催化剂及其制备方法，该催化剂可用于电催化氧还原反应的研究。

(二)背景技术

铂作为贵金属中重要的一员，由于其独特的电子结构，在催化领域表现出了极大的潜力。铂基催化剂在化学反应、传感和燃料电池等领域展现了出众的催化性能。然而一些不可避免的瓶颈阻止了铂基催化剂的大规模使用，包括铂的储量低、铂基催化剂的成本高以及在某些催化反应中铂基催化剂的催化稳定性较差。因此，发展高催化活性和低铂催化剂十分重要。由于这些限制，研究人员广泛地致力于铂基催化剂的尺寸、形状、结构和组成的研究。铂与其他金属元素合金化，尤其是非贵金属，是一个很有前途的策略来最大化利用铂。据报道，研究人员合成了亚微米的铂基合金纳米线来增强催化剂氧还原性能(K.Jiang,D.Zhao,S.Guo,X.Zhang,X.Zhu,J.Guo,G.Lu and X.Huang,Sci.Adv.,2017,3,E1601705)。一方面，将部分铂替换成第二种金属元素能直接减少铂的用量，以达到催化剂中铂的含量的目的。另一方面，合金元素的引入可以通过应变和配体效应来影响铂的电子结构。就这一点而言，控制合成铂基双金属纳米结构目前有许多重大进展。其中，双金属铂镍纳米晶体被认为是一个经典的氧还原的电催化剂，并被广泛应用在燃料电池的阴极反应中。

结构设计是调节铂基纳米材料催化性能的另一种有效方法。在纳米尺寸，合理的调控铂基材料的结构，有利于在催化剂表面暴露出铂原子，同时也会提供更高的催化活性。多孔纳米结构在催化领域展现出了一系列的优势，包括比表面积大、丰富的催化活性位点和高效快速的转移反应物等。此前，研究人员通过去合金法、电置换法、电化学沉积法和模板法等多种策略合成了铂金多孔结构，但是大多数只能合成不规则的形状或网状结构，精确控制合成规则的形貌和尺寸依旧比较难实现。因此，更加简单和高效的步骤是合成铂镍介孔催化剂的关键。

(三)发明内容

本发明涉及一种介孔纳米铂镍氧还原电催化剂的制备方法，该催化剂可用于电催化氧还原反应的研究。

本发明采用的技术方案是：

一种介孔铂镍纳米粒子氧还原电催化剂，由如下方法制备：

(1)分别配浓度在4～40mM之间的氯铂酸和氯化镍溶液，浓度在0.05～0.5M之间的抗坏血酸溶液；

(2)将5～50mg的F127和0.1～0.5g的溴化钾溶解在0.1～3mL水中；

(3)将0.5～2mL的氯铂酸溶液、0～1mL的氯化镍溶液、0.1～5mL的抗坏血酸溶液和步骤(2)的溶液混合，置于50～100℃的水浴中反应5～30小时，反应结束，离心、洗涤得到介孔铂镍纳米粒子，将产物在40～60℃干燥10～14小时，得到介孔铂镍纳米粒子氧还原电催化剂。

反应条件的选择对制备介孔铂镍纳米粒子的结构具有重要影响。表面活性剂F127在制备介孔铂镍纳米粒子中起到了重要的作用，作为胶束模板，F127能有效地指导介孔铂镍纳米粒子的合成。

一种介孔纳米铂镍氧还原电催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)分别配浓度在4～40mM之间的氯铂酸和氯化镍溶液，浓度在0.05～0.5M之间的抗坏血酸溶液；