一种低铂高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种低铂高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用。该方法用介孔分子筛模板制备氮掺杂有序介孔碳作为还原剂及介孔限域模板；将金属盐基有机配体前躯体通过超声浸渍到氮掺杂有序介孔碳孔道内，干燥后得到固体粉末；在惰性气氛下，将管式炉提前升温至700

【技术实现步骤摘要】
一种低铂高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于高熵纳米粉体材料制备
，具体涉及一种低铂高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]氧还原反应(ORR)是燃料电池以及金属
‑
氧气电池的阴极反应，是能量转换装置中涉及的一个关键反应步骤。然而，氧还原反应动力学缓慢。为了加速ORR的动力学，需使用贵金属铂作为催化剂提升电极反应动力学，但贵金属铂的成本高及资源稀缺性限制了其大规模商业化应用，因此开发高活性ORR电催化剂、降低贵金属铂的用量，是发展低铂催化剂的关键。
[0003]掺杂过渡金属制备Pt基合金是有效降低贵金属铂含量的有效方式。由于Pt合金纳米颗粒改变了Pt的电子结构、几何构型以及d带中心，从而可以有效改善催化剂的电催化活性和抗中毒能力(Adv.Mater.2021,33,2006494)。高熵合金(HEAs)是一种在固溶体相中包含五种或更多种元素的新型合金，由于其独特的性能受到研究者的广泛关注。高熵合金具有“四大效应”，分别是高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应和鸡尾酒效应，使得它具有不同于传统合金的物理化学性质和机械性能，如更好的硬度强度、稳定性和耐腐蚀性等(Adv.Funct.Mater.2021,31,2106715)。现有技术中，纳米化制备的HEAs能够用于催化反应。然而，受制备方法的限制，目前很多纳米化制备的HEAs粒径仍较大，文献中有利用溶剂热法制备的高熵合金纳米颗粒，粒径达500nm以上(Adv.Funct.Mater.2019,29,1905933)。有相关文献利用乳液电沉积法制备高熵材料，该方法虽然可以在较低温度下制备高熵材料，但粒径约几微米(Nat.Commun.2019,10,2650)。而催化剂的粒径对于催化反应尤其重要。因此本申请提供了一种具有粒径可控、贵金属Pt利用率高、颗粒分散均匀的制备方法，用于低铂高熵合金纳米颗粒催化剂的制备。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种低铂高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用，首要目的是提供一种粒径可控、制备方法简单的低铂高熵合金纳米颗粒的制备方法；另一目的是上述方法制备的低铂高熵合金纳米颗粒以及将低铂高熵合金纳米颗粒用于电催化氧还原反应。
[0005]本专利技术提供了一种具有粒径可控、贵金属Pt利用率高、颗粒分散均匀的制备方法，用于低铂高熵合金纳米颗粒催化剂的制备。
[0006]本专利技术的目的通过如下技术方案实现：
[0007]本专利技术提供一种低铂高熵合金纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)将邻菲罗啉与氯化亚铁的配合物分散，通过超声浸渍到介孔分子筛孔道中，在惰性气氛下高温煅烧，经碱洗除去介孔分子筛模板，经酸洗除去金属，得到氮掺杂有序介孔碳；
[0009](2)将有机配体和金属盐的配合物分散，通过超声浸渍到氮掺杂有序介孔碳孔道内，经搅拌、蒸干，研磨得到固体粉末。所述金属盐中的金属为Pt和除Pt外的其他金属；
[0010](3)在惰性气氛下，将(2)中所得固体粉末推入已升温完毕的管式炉高温区进行碳热还原，将所得样品推出热源进行冷却，得到低铂高熵合金纳米颗粒。
[0011]优选地，步骤(1)所述介孔分子筛为SBA
‑
15分子筛，SBA
‑
15分子筛的孔容为1.14cm3/g。
[0012]优选地，步骤(1)所述邻菲罗啉的密度为1.1g/cm3。
[0013]优选地，步骤(1)所述惰性气氛为氮气气氛。
[0014]优选地，步骤(1)所述高温煅烧的温度为900
‑
1000℃，步骤(1)所述高温煅烧的时间为3
‑
4h。
[0015]优选地，步骤(1)所述高温煅烧的温度为900℃。
[0016]优选地，步骤(1)中所述邻菲罗啉与介孔分子筛孔道的体积比为1:(1
‑
1.1)。
[0017]优选地，步骤(1)中所述邻菲罗啉与介孔分子筛孔道的体积比为1:1。
[0018]优选地，步骤(1)中所述邻菲罗啉与氯化亚铁的摩尔比为(2.9
‑
3.3)：1，步骤(1)中所述邻菲罗啉与SBA
‑
15分子筛的质量比为(6
‑
6.3):5。
[0019]优选地，步骤(1)中所述邻菲罗啉与氯化亚铁的摩尔比为(2.9
‑
3.1)：1，步骤(1)中所述邻菲罗啉与SBA
‑
15分子筛的质量比为(6
‑
6.2):5。
[0020]优选地，步骤(1)所述邻菲罗啉与氯化亚铁的摩尔比为3:1，步骤(1)所述邻菲罗啉与SBA
‑
15分子筛的质量比为6:5。
[0021]优选地，步骤(1)中所述碱洗的条件为：8
‑
10M NaOH溶液或8
‑
10M KOH溶液，温度为110
‑
120℃，时间为20
‑
24h；步骤(1)中所述酸洗的条件为：2
‑
3M盐酸，温度为110
‑
120℃，时间为10
‑
12h。
[0022]优选地，步骤(1)所述碱洗的条件为浓度10M NaOH溶液或10M KOH溶液，碱洗温度为120℃，碱洗时间为24h。
[0023]优选地，步骤(1)所述的酸洗条件为浓度2M盐酸，酸洗温度为120℃，酸洗时间为12h。
[0024]优选地，步骤(1)和步骤(2)所述分散的方法为超声分散，分散的溶剂可以为超纯水、醇等溶剂。
[0025]优选地，步骤(2)中所述搅拌的温度为80
‑
85℃。
[0026]优选地，步骤(2)所述有机配体为柠檬酸，步骤(2)中所述有机配体与金属盐的摩尔比为5:1
‑
6:1。
[0027]优选地，步骤(2)所述有机配体与金属盐的摩尔比为5:1。
[0028]优选地，步骤(2)所述除Pt外的其他金属为Pd、Cu、Fe、Co、Ni、Mn、Pb中的任意四种，所述金属盐为卤化盐。
[0029]优选地，步骤(3)中，所述碳热还原的温度为700
‑
1500℃，所述碳热还原的时间为2
‑
10分钟。
[0030]优选地，步骤(3)所述碳热还原的温度为700
‑
1100℃。
[0031]优选地，步骤(3)所述碳热还原的温度为700
‑
1000℃。
[0032]由于碳热还原过程中的快速升温还原与冷却、氮掺杂有序介孔碳的模板限域效
应，所制备低铂高熵合金纳米颗粒具有较小的粒径，约为5
‑
10nm。
[0033]本专利技术提供一种由上述方法制备得的低铂高熵合金纳米颗粒，所述低铂高熵合金纳米颗粒在氮掺杂有序介孔碳载体上均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低铂高熵合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将邻菲罗啉与氯化亚铁的配合物浸渍到介孔分子筛孔道中，在惰性气氛下煅烧，经碱洗、酸洗，得到氮掺杂有序介孔碳；(2)将有机配体和金属盐的配合物浸渍到氮掺杂有序介孔碳孔道内，经搅拌、蒸干，研磨后得到固体粉末，所述金属盐中的金属为Pt和除Pt外的其他金属；(3)在惰性气氛下，将(2)中所得固体粉末推入已升温完毕的管式炉进行碳热还原后，将所得样品推出热源进行冷却，得到低铂高熵合金纳米颗粒。2.根据权利要求1所述低铂高熵合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述邻菲罗啉与氯化亚铁的摩尔比为(2.9
‑
3.3)：1，步骤(1)中所述邻菲罗啉与介孔分子筛孔道的体积比为1:(1
‑
1.1)，步骤(1)所述煅烧的温度900
‑
1000℃，步骤(1)所述煅烧的时间为3
‑
4h。3.根据权利要求1所述低铂高熵合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述碱洗的条件为：8
‑
10M NaOH溶液或8
‑
10M KOH溶液，温度为110
‑
120℃，时间为20
‑
24h；步骤(1)中所述酸洗的条件为：2
‑
3M盐酸，温度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅志勇，卢莹莹，梁振兴，向志朋，万凯，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：