[发明专利]Pt-Ni-Cu三元合金担载CeO2

说明书

本发明涉及一种Pt‑Ni‑Cu三元合金担载CeO₂的制备及催化性能研究。本发明利用微波热法一步合成Pt‑Ni‑Cu三元金属合金担载二氧化铈纳米粒子，具体的，通过加入的甲醛可以将CeO₂诱导在凹八面体Pt‑Ni‑Cu合金形成过程中表面的空隙，在此过程中不仅保持了Pt‑Ni‑Cu三元金属的形貌，使得到的纳米粒子在甲酸电氧化中继续表现出优异的面积比活性，还充分保证了金属原子的利用效率，惊喜的发现在粒径大小显著大于商用Pt系催化剂的基础上，还能达到比商用催化剂更高的质量比活性，显著提高贵金属催化利用效率，达到了预料不到的技术效果，更进一步能够提高所制得金属合金催化的抗中毒能力以及电催化稳定性。

技术领域

本发明属于功能复合纳米材料领域。具体的说，本发明涉及一种合金担载CeO₂功能材料的制备和应用。

背景技术

目前来说，质子膜燃料电池已经成为汽车与其他便携设备的高效能源供给。PEMFC中Pt基催化剂依然最好的催化剂，但是金属铂昂贵的价格是质子膜燃料电池难以大规模工业化生产的主要原因。所以添加其他过渡元素的金属，构成二元或三元金属合金来降低氧吸附键能，降低成本，例如在专利文献CN110380068A中通过调控形貌制备PtCuNi三元合金来提高电催化性能和稳定性，但是依然面临催化剂成本高，贵金属实际利用效率不高等问题。

在燃料电池中，铂基催化剂主要是对有机燃料起到催化作用，帮助有机燃料进行反应。由于有机燃料含有大量的C元素，我们所制备的铂基催化剂在进行催化氧化的过程中, 难免会产生些许CO，产生的CO会附着在催化剂表面，从而占据了催化剂的活性位点，影响催化活性，这就是我们通常所说的催化剂中毒现象。但目前应用于质子交换膜燃料电池的阳极材料中，一般制得的铂基三元合金催化剂材料的抗中毒能力比较差。

CeO₂具有比较稳定的正四价铈离子，我们知道CeO₂做催化剂可以对CO催化氧化。但是，单靠CeO₂做燃料电池催化剂，其氧化活性很差，这种情况下人们可能会选择添加一些贵金属像Pt以此来提高CeO₂的氧化活性。但在贵金属复合催化剂材料中，最重要的关键是载体与贵金属之间的相互作用。贵金属的存在状态以及分散度都影响着催化剂材料的活性，通过研究贵金属与载体之间的相互作用方式对催化剂材料的研发应用具有重要意义。

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单位质量利用效率不高，易中毒等技术问题，制备一种Pt-Ni-Cu三元合金担载CeO₂的制备方法，提高Pt基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Pt-Ni-Cu三元合金担载CeO₂的制备方法的实验步骤如下：

（1）将1 mL油胺对应3.44 mg CeO₂的原溶液充分超声分散，分别取0.05—0.3 mL于离心管中，离心，用移液枪吸取上层清液至只留沉淀，加入0.7 mL乙醇胺超声分散，使之分散均匀；

（2）分别称取甘氨酸303.4 mg、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）200 mg、碘化钠300 mg于洗干净的烧杯内；

（3）依次加入2 mL 20 mM的H₂PtCl₆水溶液、1 mL 20 mM的CuCl₂水溶液、1 mL 20mM的NiCl₂水溶液于步骤（2）中加入样品的烧杯内，将已经充分分散的含CeO₂的乙醇胺加入至上述烧杯内，搅拌24 h至溶液呈蓝色透明状，移取600 µL（40%）的甲醛溶液，缓慢滴加至烧杯内，继续搅拌15 min；

（4）将（3）中已经充分搅拌的溶液至于微波反应釜中，在200 ℃下保温30 min；