铂钴双金属纳米花催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种铂钴双金属纳米花催化剂和富铂的铂钴双金属纳米花催化剂，所述铂钴双金属纳米花催化剂中，铂钴原子比为1:1，纳米花直径为550～650nm，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂中，纳米花厚度为1.0～1.5nm，铂钴原子比为3:1，纳米花直径为550～650nm，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂存在活性位点，所述活性位点包括缺陷、高指数晶面，孪晶。本发明专利技术还提供上述铂钴双金属纳米花催化剂和富铂的铂钴双金属纳米花催化剂的制备方法和应用。钴双金属纳米花催化剂的制备方法和应用。钴双金属纳米花催化剂的制备方法和应用。

【技术实现步骤摘要】
铂钴双金属纳米花催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术专利涉及金属纳米催化剂领域，尤其是指一种铂钴双金属纳米花催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]贵金属铂具有特殊的d电子轨道结构，在物理化学性质表现出优异的特性，因而在电化学能源转换系统中至关重要。低温燃料电池由于工作温度低、能量转化率高、对环境无污染等特点，成为未来发电机、备用电站理想的替代电源，尤其是在零排放氢动力汽车应用方面，具有潜在的应用价值，是燃料电池中重要发展项目的一项。由于燃料电池阴极氧还原电化学反应动力学非常缓慢，与阳极氢氧化相比慢了5个数量级，因此，需要贵金属作为催化剂以加速整个反应过程，以满足功率输出的要求。目前，铂基贵金属催化剂因其超高的催化效率优势成为目前商用的电催化剂的最佳选择。但是铂在阴阳两极的用量占比约为9:1，资源的稀缺和成本的高昂使得贵金属催化剂成本在燃料电池中举足轻重。因而在燃料电池体系中，降低Pt的使用量，提高铂的利用率可以从某个角度上有效地有效提高活性并且降低燃料电池成本。
[0003]为了极大地提高铂的原子利用率和催化性能，调控和发展铂基纳米催化剂是最重要的技术手段。通过电子结构和应变效应等多种协同机制，对铂合金的组分进行调整，以提高其固有活性。另一种方式则是如合成出具有特殊结构如铂纳米线、纳米花、纳米笼、核壳空心结构以暴露更多的活性位点，提高铂的利用率。二维材料具有高度开放的空间和活性位点的有效利用等特点，显示出优异的催化活性，与固体纳米颗粒(NP)相比，其可有效降低电子和质量传递路径并加速了催化过程。此外，利用铂和其他过渡金属原子(如：铁、钴、镍)的协同作用，不仅能降低铂的用量，还能提高电催化活性。在二维纳米片组成的纳米花结构中，存在大量的活性位点如缺陷，高指数晶面，孪晶等，有效地降低了铂的配位数，从而提高了催化活性。且由于钴的存在，改变了铂的电子结构，因而通常比其他结构具有更好的活性及稳定性。
[0004]目前制备二维金属纳米花的方法主要是模板法，原子层沉积。但这些制备方法反应时间长、合成过程复杂。
[0005]因此，研究急需一种可调控、廉价的制备铂基双金属纳米空心球的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，在本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种铂钴双金属纳米花催化剂，所述铂钴双金属纳米花催化剂中，纳米花厚度为1.0～1.5nm，铂钴原子比为1:1，纳米花直径为550～650nm。
[0007]在本专利技术的第二方面，本专利技术提供一种富铂的铂钴双金属纳米花催化剂，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂中，纳米花厚度为1.0～1.5nm，铂钴原子比为3:1，纳米花直径为550～650nm，优选地，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂存在活性位点，所述活性位
点包括缺陷、高指数晶面，孪晶。
[0008]在本专利技术的第三方面，本专利技术提供一种在本专利技术第一方面所述的铂钴双金属纳米花催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009]a.在将钴盐、六水合氯铂酸水溶液、表面活性剂和还原剂进行均匀化处理，得到第一混合液；
[0010]b.将步骤a得到的第一混合液转入反应釜，反应；
[0011]c.将步骤b反应完成后的反应液冷却至15～35℃，离心，洗涤，得到所述铂钴双金属纳米花。
[0012]在本专利技术的一个或多个实施例中，所述步骤a中，所述钴盐为乙酸钴，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，还原剂为油胺。
[0013]在本专利技术的一个或多个实施例中，所述步骤a中，钴盐与表面活性剂的质量比为1：(13～14)优选为1：13.3。
[0014]在本专利技术的一个或多个实施例中，所述步骤a中，所述六水合氯铂酸水溶液的浓度17.8mgPt/mL。
[0015]在本专利技术的一个或多个实施例中，所述步骤b中，所述反应为在175～180℃下反应12～20h。
[0016]在本专利技术的第四方面，本专利技术提供一种在本专利技术第二方面所述的富铂的铂钴双金属纳米花催化剂的制备方法，包括在本专利技术第三方面所述的铂钴双金属纳米花催化剂的制备方法，在所述步骤c之后，还包括：d.将乙酸加入到步骤c中所得的铂钴双金属纳米花，超声蚀刻，将所得的溶液依次进行洗涤、离心、干燥，即得所述富铂的铂钴双金属纳米花。
[0017]即，本专利技术第二方面所述的富铂的铂钴双金属纳米花催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0018]a.在将钴盐、六水合氯铂酸水溶液、表面活性剂和还原剂进行均匀化处理，得到第一混合液；
[0019]b.将步骤a得到的第一混合液转入反应釜，反应；
[0020]c.将步骤b反应完成后的反应液冷却至15～35℃，离心，洗涤，得到所述铂钴双金属纳米花；
[0021]d.将乙酸加入到步骤c中所得的铂钴双金属纳米花，超声蚀刻，将所得的溶液依次进行洗涤、离心、干燥，即得所述富铂的铂钴双金属纳米花。
[0022]在本专利技术的第五方面，本专利技术提供一种在本专利技术第一方面所述的铂钴双金属纳米花催化剂和/或在本方面第三方面所述的制备方法在电化学氧还原反应和/或氢氧燃料电池测试中的应用。
[0023]在本专利技术的第六方面，本专利技术提供一种在本专利技术第二方面所述的富铂的铂钴双金属纳米花催化剂和在本专利技术第四方面所述的制备方法在电化学氧化还原反应和/或氢氧燃料电池测试中的应用。
[0024]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提出了一种结构稳定、活性高、成本低的二维纳米片组装而成三维纳米花结构的铂钴催化剂的制备方法，本专利技术方法可通过金属前驱体的种类、不同的含量对产物进行调控，得到富铂的铂钴双金属纳米花材料，制备所得催化剂在电化学催化剂应用中具有较高活性和稳定性。
[0025]在本专利技术中我们所制备的富铂的双金属铂钴纳米花催化剂具有以下两个显著特点。一是由二维超薄纳米片结构封装而成比较规则，均匀的纳米花状结构，具有高比表面积，第二个显著特点是这样二维超薄结构有利于电子的转移以及质子的传输，高指数晶面，缺陷等也为催化反应提供了充足的活性位点，从而可以实现超过目前商业铂碳的氧还原性能。总而言之，我们所制备的富铂的双金属铂钴纳米花催化剂具有以下优点：材料具有充足的活性位点，结构稳定性好，分散性强，催化活性高。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0027]1、本专利技术提供一种铂钴双金属纳米花催化剂，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂中，纳米花厚度为1.0～1.5nm，铂钴原子比为1:1，纳米花直径为550～650nm。
[0028]2、本专利技术提供一种富铂的铂钴双金属纳米花催化剂，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂中，纳米花厚度为1.0～1.5nm，铂钴原子比为3:1，纳米花直径为550～650nm。存在活性位点。
[0029]3、本专利技术还提供一种铂钴双金属纳米花催化剂和一种富铂的铂钴双金属纳米花催化剂的制备方法简洁、易操作，反应耗时短，成本较低。
[0030]4、本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铂钴双金属纳米花催化剂，其特征在于，所述铂钴双金属纳米花催化剂中，铂钴原子比为1:1，纳米花直径为550～650nm。2.一种富铂的铂钴双金属纳米花催化剂，其特征在于，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂中，纳米花厚度为1.0～1.5nm，铂钴原子比为3:1，纳米花直径为550～650nm，优选地，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂存在活性位点，所述活性位点包括缺陷、高指数晶面，孪晶。3.一种权利要求1所述的铂钴双金属纳米花催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.在将钴盐、六水合氯铂酸水溶液、表面活性剂和还原剂进行均匀化处理，得到第一混合液；b.将步骤a得到的第一混合液转入反应釜，反应；c.将步骤b反应完成后的反应液冷却至15～35℃，离心，洗涤，得到所述铂钴双金属纳米花。4.根据权利要求3所述铂钴双金属纳米花催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述钴盐为乙酸钴，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，还原剂为油胺。5.根据权利要求3所述的铂钴双金属纳米花催化剂的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王纪科，韦敏，艾飞，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：