一种Pt-Ni合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于燃料电池技术领域，具体涉及一种Pt

【技术实现步骤摘要】
一种Pt
‑
Ni合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于燃料电池
，具体涉及一种Pt
‑
Ni合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]当今社会，石油、煤炭、天然气等化石能源仍然是能源主体，但它们正面临着即将枯竭的迫切形势，我们既要寻找新能源来代替目前的能源主体，又要发展更加合理、清洁和高效的方法来利用目前的能源主体。燃料电池作为未来氢能经济的关键支持技术之一，是一种可以直接将燃料中的化学能转化成电能的清洁能源，尤其是乙醇燃料电池因其具有燃料易得、绿色高效等优点，受到广泛的关注。
[0003]燃料电池在发展过程中由于受到催化剂的影响在推广上受到很大阻碍。目前乙醇燃料电池中催化剂的活性成分主要为Pt等贵金属，但是Pt等贵金属催化剂存在催化性能低的问题。目前研究人员主要采用两种策略提高催化剂的催化性能：一方面，将Pt与其它过渡金属如Fe，Co的复合，通过Pt与其他金属复合形成均匀分布的合金或是核壳结构均能通过电子转移Pt金属的表面电子结构，提高Pt本身的催化活性；另一方面，合成具有高密度低配位原子数的催化剂。
[0004]但是现有的催化剂的催化性能仍有待提高。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种Pt
‑
Ni合金及其制备方法和应用，本专利技术提供的Pt
‑
Ni合金对乙醇具有较高的稳定性和催化活性，将Pt
‑
Ni合金用于乙醇燃料电池中能够提高燃料电池的循环稳定性。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种Pt
‑
Ni合金，包括Pt和Ni，所述Pt和Ni的摩尔比为0.5～3:1。
[0007]优选的，所述Pt和Ni的摩尔比为1～2:1。
[0008]优选的，所述合金的粒径为38～50nm。
[0009]本专利技术还提供了上述技术方案所述Pt
‑
Ni合金的制备方法，包括以下步骤：
[0010]将水溶性铂源、水溶性镍源、还原剂和水混合，得到反应液；所述水溶性铂源中铂和水溶性镍源中镍的摩尔比为0.5～3:1；
[0011]将所述反应液进行水热反应，得到所述Pt
‑
Ni合金。
[0012]优选的，所述水溶性铂源包括六水氯铂酸或氯铂酸水溶液；
[0013]所述水溶性镍源包括氯化镍或硫酸镍；
[0014]所述还原剂包括聚乙烯吡咯烷酮。
[0015]优选的，所述水热反应的温度为180～220℃，时间为6～8h。
[0016]优选的，所述混合包括以下步骤：
[0017]将还原剂和水进行第一混合，得到分散液；
[0018]将所述分散液、水溶性铂源和水溶性镍源进行第二混合，得到反应液。
[0019]优选的，所述分散液中还含有氨基酸，第一混合替换为：将还原剂、氨基酸和水混合。
[0020]优选的，所述水热反应后还包括：将水热反应产物冷却后进行固液分离；将固液分离得到的固体进行干燥，得到所述Pt
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Ni合金。
[0021]本专利技术还提供了上述技术方案所述Pt
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Ni合金或上述技术方案所述制备方法制备得到的Pt
‑
Ni合金作为催化剂在乙醇燃料电池中的应用。
[0022]本专利技术提供了一种Pt
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Ni合金，包括Pt和Ni，所述Pt和Ni的摩尔比为0.5～3:1。本专利技术向Pt催化剂中掺杂Ni，形成Pt
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Ni合金，晶格常数变小，衍射角向大角度偏移，形成Pt
‑
Ni合金暴露出高指数晶面；同时限定Pt和Ni的摩尔比为0.5～3:1，使Pt
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Ni合金具有较高的催化活性；并且将Pt
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Ni合金作为催化剂用于乙醇燃料电池时能够显著提高燃料电池的循环稳定性。催化剂中加入镍后，催化剂表面会有Ni(OH)2、NiOOH等物质存在，这些含氧物质能够将吸附在催化剂表面的
‑
(CO)
ads
物质氧化生成CO2，从而脱离催化剂表面，能保证乙醇分子连续不断地在催化剂表面进行电催化反应，从而提高催化剂的稳定性。
[0023]本专利技术还提供了上述技术方案所述Pt
‑
Ni合金的制备方法，包括以下步骤：将水溶性铂源、水溶性镍源、还原剂和水混合，得到反应液；所述水溶性铂源中铂和水溶性镍源中镍的摩尔比为0.5～3:1；将所述反应液进行水热反应，得到所述Pt
‑
Ni合金。本专利技术制备Pt
‑
Ni合金的方法简单易行，可工业化生产。
附图说明
[0024]图1为实施例1～4制备得到的Pt
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Ni合金和对比例1制备得到的Pt催化剂的XRD谱图，其中(a)为对比例1的XRD谱图，(b)为实施例3的XRD谱图，(c)为实施例2的XRD谱图，(d)为实施例1的XRD谱图，(e)为实施例4的XRD谱图；
[0025]图2为实施例1～4制备得到的Pt
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Ni合金和对比例1制备得到的Pt催化剂的SEM图，其中(f)为对比例1的SEM图，(g)为实施例3的SEM图，(h)为实施例2的SEM图，(i)为实施例1的SEM图，(j)为实施例4的SEM图；
[0026]图3为实施例1制备得到的Pt
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Ni合金的TEM图，其中(m)、(n)是不同放大倍数下的TEM图；
[0027]图4为实施例1制备得到的Pt
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Ni合金的HTEM图；
[0028]图5为实施例1制备得到的Pt
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Ni合金的分辨暗场扫描图和Pt、Ni与O元素面扫分布图；
[0029]图6为实施例1制备得到的Pt
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Ni合金的模型图；
[0030]图7为实施例1～4制备得到的Pt
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Ni合金和对比例1制备得到的Pt催化剂粒径分布图；
[0031]图8为实施例1～4制备得到的Pt
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Ni合金和对比例1制备得到的Pt催化剂的TEM对比图和HTEM对比图，其中左半部分的图为TEM图，右半部分是HTEM图；
[0032]图9为实施例1和对比例1制备得到的催化剂的XPS谱图；
[0033]图10为实施例1～4和对比例1、2中的催化剂在0.5mol/L H2SO4溶液中的循环伏安曲线；
[0034]图11为实施例1～4和对比例1、2中的催化剂在0.5mol/L H2SO4和1mol/L C2H5OH溶
液中的循环伏安曲线；
[0035]图12为实施例1～4和对比例1、2中的催化剂质量比活性柱状图；
[0036]图13为实施例1～4和对比例1、2中的催化剂的稳态电流曲线图；
[0037]图14为实施例1～4和对比例1、2中的催化剂的阿伦尼乌斯曲线图；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Pt
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Ni合金，包括Pt和Ni，所述Pt和Ni的摩尔比为0.5～3:1。2.根据权利要求1所述Pt
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Ni合金，其特征在于，所述Pt和Ni的摩尔比为1～2:1。3.根据权利要求1或2所述Pt
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Ni合金，其特征在于，所述合金的粒径为38～50nm。4.权利要求1～3任一项所述Pt
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Ni合金的制备方法，包括以下步骤：将水溶性铂源、水溶性镍源、还原剂和水混合，得到反应液；所述水溶性铂源中铂和水溶性镍源中镍的摩尔比为0.5～3:1；将所述反应液进行水热反应，得到所述Pt
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Ni合金。5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述水溶性铂源包括六水氯铂酸或氯铂酸水溶液；所述水溶性镍源包括氯化镍或硫酸镍；所述还原剂包括聚乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭瑞华，安胜利，张捷宇，周国治，关丽丽，彭继华，朱国富，彭军，姚仪帅，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：