一种铂铑合金的制备方法、铂铑合金催化剂的制备方法及其应用技术

本申请公开了一种铂铑合金的制备方法、铂铑合金催化剂的制备方法及其应用，所述铂铑合金的制备方法包括以下步骤：(S1)将含有铂金属前体、铑金属前体、抗坏血酸、1

【技术实现步骤摘要】
一种铂铑合金的制备方法、铂铑合金催化剂的制备方法及其应用


[0001]本申请涉及一种铂铑合金的制备方法、铂铑合金催化剂的制备方法及其应用，属于电催化剂


技术介绍

[0002]贵金属铂作为多数化学反应中不可替代的催化剂之一，在燃料电池、汽车尾气净化等诸多领域发挥着重要作用，但较少的储量与昂贵的价格限制了其大规模应用。以聚合物电解质膜燃料电池的阴极氧还原反应(ORR)催化剂为例，该反应是一个涉及多电子生成以及迁移的复杂过程，动力学反应速率缓慢。贵金属铂是目前ORR用催化剂的首选活性组分，但仍需要大用量以保证快速反应以及长久发挥催化作用，过高的电池成本限制了其大规模商业化应用。有研究表明，通过引入助剂形成二元或多元铂基合金可以大幅提高催化剂的催化活性和寿命，降低铂用量。例如《科学》(DOI:10.1126/science.1134569)报道了将金与铂形成合金，利用金的化学稳定性以及高度合金化后铂的高空位形成能，成功提高了催化剂的活性和稳定性。
[0003]PtM多组元合金催化剂中，由于Pt前体离子的还原电势与M金属离子有差异，造成在还原制备过程中Pt与M金属成核以及生长速率的差异，导致所制备的金属纳米催化剂各金属组分分布不均，合金化程度低，催化活性低，稳定性差等问题；另外，据大量文献报道，一般合金催化剂粒径约在2
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5nm时催化活性是最高的。因此，如何获得尺寸可控、高合金化程度的合金是Pt基多组元合金催化剂制备所面临的普遍且主要的技术挑战。

技术实现思路

[0004]根据本申请的一个方面，提供一种铂铑合金的制备方法和铂铑合金催化剂的制备方法，所述制备方法制备得到的铂铑合金催化剂合金化程度高，具有较高的催化活性以及超高催化稳定性，在燃料电池、石油化工、高温热电偶、汽车尾气净化、电化学传感器等领域具有良好的应用前景。
[0005]所述铂铑合金的制备方法与铂铑合金催化剂的制备方法中铂铑合金的制备步骤的原料、条件可选范围均相同，但具体原料种类、条件参数的选择相互独立。
[0006]一种铂铑合金的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0007](S1)将含有铂金属前体、铑金属前体、抗坏血酸、1
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十八烯的溶液I反应，获得铂铑合金；
[0008]所述还原剂选自抗坏血酸；
[0009]所述表面活性剂选自1
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十八烯。
[0010]一种铂铑合金催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0011](S1)将含有铂金属前体、铑金属前体、还原剂、表面活性剂的溶液I反应，获得铂铑合金；
[0012](S2)将所述铂铑合金负载于碳载体上，获得所述铂铑合金催化剂；
[0013]所述还原剂选自抗坏血酸；
[0014]所述表面活性剂选自1
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十八烯。
[0015]以下对于(S1)中的原料、条件的说明，指的是同时对铂铑合金的制备方法中的(S1)和铂铑合金催化剂的制备方法中的(S1)的共同说明，但两者相互独立。
[0016]可选地，(S1)中，所述铂金属前体包括氯铂酸、氯铂酸钾、氯铂酸钠、乙酰丙酮铂、二氨基二硝基铂中的至少一种。
[0017]可选地，(S1)中，所述铑金属前体包括氯铑酸、氯铑酸钾、氯铑酸钠、乙酰丙酮铑中的至少一种。
[0018]可选地，(S1)中，所述溶液I的溶剂包括油胺。
[0019]可选地，(S1)中，所述铂金属前体和所述铑金属前体的质量比为1.0～32：0.5～20；
[0020]其中，铂金属前体以铂元素的质量计，铑金属前体以铑元素的质量计。
[0021]可选地，(S1)中，所述所述铂金属前体和所述铑金属前体的质量比为2～10：1～5。
[0022]可选地，(S1)中，所述溶液I中铂金属前体的浓度为1.0～32g/L；
[0023]其中，铂金属前体以铂元素的质量计。
[0024]可选地，(S1)中，所述溶液I中铂金属前体的浓度为2～10g/L。
[0025]可选地，(S1)中，所述抗坏血酸与所述铂金属前体质量比为60：2～20；
[0026]其中，抗坏血酸以抗坏血酸自身的质量计，铂金属前体以铂元素的质量计。
[0027]可选地，所述抗坏血酸与所述铂金属前体质量比上限选自60：2.5、60：5、60：7.5；下限选自60：5、60：7.5、60：10、60:20。
[0028]可选地，(S1)中，所述1
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十八烯在所述溶液I中的体积分数为20～50％。
[0029]可选地，(S1)中，所述反应的温度为240～320℃。
[0030]可选地，(S1)中，所述反应的温度为240～320℃。
[0031]可选地，(S1)中，所述反应的温度为260～300℃。
[0032]可选地，(S1)中，所述反应的时间为1～5小时。
[0033]可选地，(S1)中，所述反应的时间为1～3小时。
[0034]可选地，(S1)中，所述铂铑合金经过如下处理：采用冰乙酸进行洗涤。
[0035]可选地，(S1)中，所述铂铑合金中，铂元素和铑元素的摩尔比为0.28～4.9：1。
[0036]可选地，(S1)中，所述铂铑合金中，铂元素和铑元素的摩尔比上限选自0.95：1、0.95：1、1.85：1、2.9：1、4.9：1，下限选自0.28：1、0.95：1、0.95：1、1.85：1、2.9：1。
[0037]可选地，(S1)中，所述铂铑合金的粒径为2～5nm。
[0038]可选地，(S2)中，所述所述碳载体选自碳黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、还原的氧化石墨烯、中孔碳中的至少一种。
[0039]可选地，(S2)中，所述碳载体的比表面积为200～2500m2/g。
[0040]可选地，所述(S2)包括：
[0041]将含有所述铂铑合金的溶液II滴加入含有碳载体的溶液III中，搅拌，获得所述铂铑合金催化剂。
[0042]可选地，所述溶液II中，所述铂铑合金的浓度为0.6～3mg/ml；
[0043]所述溶液III中，所述碳载体的浓度为20～50mg/mL；
[0044]其中，铂铑合金以铂元素和铑元素的质量计，所述碳载体以碳载体自身的质量计。
[0045]可选地，所述溶液III中，所述碳载体的浓度为30～40mg/mL
[0046]可选地，所述溶液II和所述溶液III的体积比为1：0.5～1.5。
[0047]可选地，所述溶液II和所述溶液III的溶剂独立地选自醇和/或水。
[0048]可选地，所述醇选自甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、丁二醇、异戊二醇中的任一种。
[0049]可选地，所述搅拌的时间为1～4h。
[0050]可选地，所述搅拌的时间为1～2h。
[0051]可选地，所述铂铑合金催化剂中，铂铑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铂铑合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(S1)将含有铂金属前体、铑金属前体、还原剂、表面活性剂的溶液I反应，获得铂铑合金；所述还原剂选自抗坏血酸；所述表面活性剂选自1
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十八烯。2.一种铂铑合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(S1)将含有铂金属前体、铑金属前体、还原剂、表面活性剂的溶液I反应，获得铂铑合金；(S2)将所述铂铑合金负载于碳载体上，获得所述铂铑合金催化剂；所述还原剂选自抗坏血酸；所述表面活性剂选自1
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十八烯。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，(S1)中，所述铂金属前体独立地包括氯铂酸、氯铂酸钾、氯铂酸钠、乙酰丙酮铂、二氨基二硝基铂中的至少一种；优选地，(S1)中，所述铑金属前体独立地包括氯铑酸、氯铑酸钾、氯铑酸钠、乙酰丙酮铑中的至少一种；优选地，(S1)中，所述溶液I的溶剂独立地包括油胺；优选地，(S1)中，所述铂金属前体和所述铑金属前体的质量比独立地为1.0～32：0.5～20；其中，铂金属前体以铂元素的质量计，铑金属前体以铑元素的质量计；优选地，(S1)中，所述溶液I中铂金属前体的浓度独立地为1.0～32g/L；其中，铂金属前体以铂元素的质量计；优选地，(S1)中，所述抗坏血酸与所述铂金属前体质量比独立地为60：2～20；其中，抗坏血酸以抗坏血酸自身的质量计，铂金属前体以铂元素的质量计；优选地，(S1)中，所述1
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十八烯在所述溶液I中的体积分数独立地为20～50％。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，(S1)中，所述反应的温度独立地为240～320...

【专利技术属性】
技术研发人员：王素力，安召，孙公权，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：