[发明专利]一种二维多孔形貌的二氧化硅非碳载体负载铂铜镍催化剂的制备方法

说明书

本发明属于质子交换膜燃料电池阳极制备技术领域，具体涉及一种二维多孔形貌的二氧化硅非碳载体负载铂铜镍催化剂的制备方法及其应用，本发明是用化学还原法和置换法制备铜镍氢氧化物纳米片作为模板的同时又作为第二和第三金属引入以促进铂催化剂的催化性能，再将二氧化硅包覆在铜镍化合物表面，又经过还原处理成铜镍合金并又均匀且紧密的负载在二氧化硅纳米片的表面，接下来置换载铂，形成铂铜镍合金，最后酸洗获得二维多孔形貌的二氧化硅非碳载体负载铂铜镍催化剂。本发明制备成本低，原料简单且储量丰富，与传统的商业铂碳催化剂相比有着更优异的MOR电催化性能，符合绿色经济和可持续发展理念。

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池阳极制备技术领域，具体涉及一种二维多孔形貌的二氧化硅非碳载体负载铂铜镍催化剂的制备及其应用。

背景技术

在新型能源技术领域中，燃料电池被认为是解决全球能源危机和环境问题最有吸引力的清洁能源技术之一，只需为其提供燃料就能一直发电。由于化学能直接转化为电能，使得燃料电池有着比内燃机更高的系统效率，碳排放量低。其中，可低温工作的质子交换膜燃料电池更受瞩目，体现质子交换膜燃料电池性能高低的甲醇氧化反应（MethanolOxidation Reaction，MOR）涉及复杂的六电子转移，使得动力学过程较为缓慢，一定程度上阻碍了燃料电池的商业化。常用的单一铂催化剂对甲醇的电催化活性较低且会被MOR过程的中间产物毒化，使得催化剂的耐久性和催化性能降低。从另一个角度考虑，贵金属Pt催化剂昂贵的成本和有限的Pt储量也限制了质子交换膜燃料电池的规模化商用。

发明内容

本发明针对阳极MOR动力学过程缓慢等问题，提出了一种二维多孔形貌的二氧化硅非碳载体负载铂铜镍催化剂的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明是用化学还原法和置换法制备铜镍氢氧化物纳米片作为模板的同时又作为第二和第三金属引入以促进铂催化剂的催化性能，将铜镍氢氧化物纳米片分散在醇中加入硅源并滴加氢氧化钠的水溶液，缓慢水解出的二氧化硅包覆在铜镍氢氧化物表面，又将产物于氢气气氛中且高于铜镍纳米粒子熔点温度下煅烧，铜镍氢氧化物还原成铜镍合金的同时又均匀且紧密的负载在二氧化硅纳米片的表面，接下来在铂前驱体的醇溶液中置换载铂，形成铂铜镍合金，最后用稀酸溶除去多余的铜和镍获得大量孔隙，使得催化剂比表面积增大，暴露出更多的活性位点以提升催化剂的性能，获得所述二维多孔形貌的二氧化硅非碳载体负载铂铜镍催化剂。

所述一种二维多孔形貌的二氧化硅非碳载体负载铂铜镍催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

（1）在高温油浴下向镍前驱体的乙二醇溶液中加入还原剂制得镍纳米球；

（2）称取一定量的铜前驱体和镍纳米球分别分散于去离子水中，混合后水浴搅拌，获得铜镍氢氧化物纳米片；

（3）将所得的铜镍氢氧化物纳米片均匀分散到醇中，在搅拌下加入一定量硅源，充分搅拌，以5到10秒每滴缓慢滴加NaOH水溶液，滴加完保持搅拌，静置，抽滤水洗，冻干，得到二氧化硅包覆铜镍氢氧化物纳米片；

（4）将步骤（3）所得产物在氢气气氛下还原煅烧获得二氧化硅负载铜镍纳米片SiO₂@CuNiNSs；

（5）将步骤（4）所得的SiO₂@CuNiNSs分散在铂前驱体的醇水溶液中并搅拌，之后离心水洗、冻干得到二氧化硅负载铂铜镍纳米片SiO₂@PtCuNiNSs；

（6）将步骤（5）所得的SiO₂@PtCuNiNSs，加入适量的稀酸搅拌，得到所述二维多孔形貌的二氧化硅非碳载体负载铂铜镍催化剂。

进一步地，步骤（1）中镍前驱体为六水合硝酸镍；

步骤（1）中所述的油浴温度为130-180 ℃；