一种Au@Pt/Pd核壳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种Au@Pt/Pd核壳材料及其制备方法和应用，属于纳米功能材料制备技术领域。本发明专利技术公开了微流控系统的构建方法、可调混合的玻璃微流控反应芯片结构设计以及阐述了核壳材料形貌可控的机理。通过湿法刻蚀法制备了具有特定数量微混合结构的微流控反应芯片，从而实现了反应过程混合效率可控。通过使用控制混合效率实现了核壳结构的精确控制。本发明专利技术的方法与现有的制备方法以及传统的其他方法相比，具有快速、重复性强、可控性强、可连续生产等优点。续生产等优点。续生产等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种Au@Pt/Pd核壳材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纳米功能材料制备
，尤其涉及一种Au@Pt/Pd核壳材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]直接乙醇燃料电池(DEFC)因其使用的乙醇能量密度高(8.1KW
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h/kg)、对人体的毒害作用较小、属于可再生绿色环保型能源，而被认为有非常大的实际应用潜力，并受到广泛关注。DEFC能量转换效率的关键是催化剂，而现在用乙醇作为燃料最主要的问题是催化剂对乙醇氧化的电催化活性较低，且C
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C键较难断裂，使得乙醇完全氧化生成CO2并释放12电子的过程较难进行，乙醇在现有的催化剂上的电催化氧化主要还是经过4电子转移氧化生成乙酸，导致燃料利用效率大大降低，Pt/C由于Pt在EOR中的C
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C键裂解比其他金属活跃，因此被广泛应用于DEFC阳极催化剂。但是受限于Pt在地球的低储量以及在工业中的广泛使用，使得Pt的高成本成为其商业化的阻碍。同时乙醇在氧化过程中中间产物容易吸附在Pt的表面，占据了Pt的表面活性位置，造成了催化剂中毒，从而失去活性。一个有前景的策略是在较便宜的金属基底(Pd、Ag、Au、Ir、Co等)上设计一种包含Pt层的核壳结构材料，这样可以高效利用沉积的Pt原子，并通过基底诱导产生的表面应变效应和电子效应来提高材料的催化活性及稳定性。
[0003]一般Au@Pt核壳材料的合成方法以下几种，包括化学沉积、脱合金、电沉积、表面偏析、原子层沉积和物理沉积等。但是以上的几种方法在连续生产、批量重复以及反应参数的精确控制方面依然面临着极大挑战。微流控反应具有许多优点，包括增强的传热和传质、前体溶液的快速和可调混合、连续流生产以及整个优化过程中的试剂消耗低。这些特性促使大量的研究人员探索使用基于连续流动的微流体装置来大规模合成具有更高均匀性的功能性纳米材料。此外，微流控反应器可以在有限体积内进行质量扩散以及混合调控等，这些所产生的反应动力学与传统的本体溶液反应显著不同。通过调节微流控中流体的流动特性从而将微流控合成这一技术应用于对纳米材料尺寸、形貌、组成以及结构的精确控制，具有满足当下新材料新需求的重要的研究意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种Au@Pt/Pd核壳材料及其制备方法和应用，以解决传统反应中混合效率不能精确控制的技术问题。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种利用微流控技术可控制备Au@Pt/Pd核壳材料的方法，包括以下步骤：
[0007]1)将氯金酸溶液与柠檬酸钠水溶液混合后进行反应，得到Au种子溶液；
[0008]2)将Au种子溶液和抗坏血酸混合，得到Au前驱体溶液；
[0009]3)将Au前驱体溶液和Pt/Pd前驱体溶液分别加入到两个相同的注射器中，在微流
控反应芯片中进行反应，得到的产物即为Au@Pt/Pd核壳材料；
[0010]所述微流控反应芯片包括混合单元和反应单元，所述混合单元包含不同数量的S型结构。
[0011]进一步的，所述混合单元由0个、5个、10个、20个或50个S型结构组成。
[0012]进一步的，所述S型结构的总长为3.89mm，1个S型结构由2个半圆弧组成，其中内圆弧半径为50μm，外圆弧半径为450μm。
[0013]进一步的，所述反应单元为螺旋状结构，总长为1～80cm；
[0014]所述微流控反应芯片长为6～15cm，芯片宽为3～10cm。
[0015]进一步的，所述氯金酸溶液的质量浓度为0.8～1.2wt％，柠檬酸钠水溶液的质量浓度为0.8～1.2wt％；
[0016]所述氯金酸溶液与柠檬酸钠水溶液的体积比为1：8～11。
[0017]进一步的，所述步骤1)中，反应的温度为70～90℃，反应的时间为20～40min。
[0018]进一步的，所述Au种子溶液和抗坏血酸的体积质量比为8～12mL：4～6mg。
[0019]进一步的，Au前驱体溶液和Pt/Pd前驱体溶液在注射器中的流速独立的为10～500μL/min，所述Pt/Pd前驱体溶液包含氯铂酸的乙醇溶液或四氯钯酸钾的乙醇溶液，所述氯铂酸的乙醇溶液或四氯钯酸钾的乙醇溶液的质量浓度为0.8～1.2wt％；
[0020]所述步骤3)中，反应的温度为50～70℃。
[0021]本专利技术提供了一种Au@Pt/Pd核壳材料。
[0022]本专利技术提供了一种Au@Pt/Pd核壳材料在电催化乙醇中的应用。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]1)本专利技术所采用的制备方法较为简便、条件控制精确、重复性高、易于操作；
[0025]2)本专利技术所制备的Au@Pt核壳材料的成核可以通过所设计的芯片结构来实现调控；
[0026]3)本专利技术所制备的Au@Pt和Au@Pd核壳材料具有较高的乙醇氧化活性，具有较好的应用前景。
附图说明
[0027]图1为是本专利技术的微流控系统示意图；
[0028]图2为本专利技术的微流控反应芯片设计图和实物图；
[0029]图3为本专利技术实施例1制备的Au种子溶液的TEM图(A)和Au颗粒的粒径分布图(B)；
[0030]图4为本专利技术实施例1制备的Au@Pt核壳材料的TEM图；
[0031]图5为本专利技术的芯片结构中直通道结构和S型结构中的流体模拟图；
[0032]图6为本专利技术实施例3合成的Au@Pd核壳材料的光学显微镜图；
[0033]图7为本专利技术实施例1和实施例3所制备Au@Pt和Au@Pd核壳材料的性能测试图。
具体实施方式
[0034]本专利技术提供了一种利用微流控技术可控制备Au@Pt/Pd核壳材料的方法，包括以下步骤：
[0035]1)将氯金酸溶液与柠檬酸钠水溶液混合后进行反应，得到Au种子溶液；
[0036]2)将Au种子溶液和抗坏血酸混合，得到Au前驱体溶液；
[0037]3)将Au前驱体溶液和Pt/Pd前驱体溶液分别加入到两个相同的注射器中，在微流控反应芯片中进行反应，得到的产物即为Au@Pt/Pd核壳材料；
[0038]所述微流控反应芯片包括混合单元和反应单元，所述混合单元包含不同数量的S型结构。
[0039]在本专利技术中，微流控反应芯片的材质为玻璃，其通道为圆形通道。
[0040]在本专利技术中，所述混合单元由0个、5个、10个、20个或50个S型结构组成，优选为50个S型结构。
[0041]在本专利技术中，所述S型结构的总长为3.89mm，1个S型结构由2个半圆弧组成，其中内圆弧半径为50μm，外圆弧半径为450μm。
[0042]在本专利技术中，所述反应单元为螺旋状结构，总长为1～80cm，优选为5～70cm，进一步优选为10～60cm；微流控反应芯片长为6～15cm，优选为7～14cm，进一步优选为9～11cm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用微流控技术可控制备Au@Pt/Pd核壳材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将氯金酸溶液与柠檬酸钠水溶液混合后进行反应，得到Au种子溶液；2)将Au种子溶液和抗坏血酸混合，得到Au前驱体溶液；3)将Au前驱体溶液和Pt/Pd前驱体溶液分别加入到两个相同的注射器中，在微流控反应芯片中进行反应，得到的产物即为Au@Pt/Pd核壳材料；所述微流控反应芯片包括混合单元和反应单元，所述混合单元包含不同数量的S型结构。2.根据权利要求1所述的利用微流控技术可控制备Au@Pt/Pd核壳材料的方法，其特征在于，所述混合单元由0个、5个、10个、20个或50个S型结构组成。3.根据权利要求1或2所述的利用微流控技术可控制备Au@Pt/Pd核壳材料的方法，其特征在于，所述S型结构的总长为3.89mm，1个S型结构由2个半圆弧组成，其中内圆弧半径为50μm，外圆弧半径为450μm。4.根据权利要求1所述的利用微流控技术可控制备Au@Pt/Pd核壳材料的方法，其特征在于，所述反应单元为螺旋状结构，总长为1～80cm；所述微流控反应芯片长为6～15cm，芯片宽为3～10cm。5.根据权利要求1或2或4所述的利用微流控技术可控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪夏燕，汪吴斌，张东堂，郭广生，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：