一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用技术

一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的制备方法，具体步骤如下：将铂前驱体、水合氯化铑、氯化钯、水合氯化铱和氯金酸混合后形成贵金属前驱体，将其溶于三乙二醇中形成前驱体溶液；将保护剂溶于三乙二醇，加热后滴加前驱体溶液并搅拌，随即冷却至室温，获得高熵合金纳米颗粒溶胶；将载体材料溶于乙醇后进行恒温超声处理和破碎处理，加入高熵合金纳米颗粒溶胶后再次进行破碎处理，依次进行搅拌、洗涤和干燥后得到产品。本发明专利技术还公开了一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒。本发明专利技术方法合成的高熵合金纳米颗粒具有高的本征催化活性可加快乙醇氧化反应的动力学，纳米级的高熵合金具有大的表面积和高的稳定性。高熵合金具有大的表面积和高的稳定性。高熵合金具有大的表面积和高的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及纳米级催化剂的制备工艺及能源转化材料领域，尤其涉及一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]当今社会面临着巨大的能源需求和环境污染问题，开发绿色清洁的能源转化路径是提高社会发展可持续性的关键课题。乙醇燃料电池是极具前景的电化学能源转化装置，因其巨大的应用潜力在近年来得到广泛的关注。相比于甲醇，乙醇具有更低的毒性。乙醇的完全氧化伴随着12个电子/质子的转移，因此具有高的理论能量密度。然而，在实际应用中，乙醇的完全氧化十分困难。例如，完全断裂C
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C键，C1和C2产物的脱氢作用需要高的能量，同时氧化产物CO可能会覆盖活性位点，引发毒化作用。Pt基和Pd基催化剂是目前最优的乙醇氧化催化剂。据报道，对Pt和Pd合金化可以调制金属表面的电子环境，进而优化对反应物/中间体的吸脱附，提高反应速率。合金化元素的组分与比例具有极大的探索空间，筛选高效稳定的多组分催化剂是突破目前醇类能源转化装置多领域应用的瓶颈。
[0003]高熵合金从组成的定义可视为含5种或5种以上元素，且每种元素的摩尔百分比于5％～35％的合金材料。高熵合金具有独特的高熵效应，在高电流密度和腐蚀性电解质中仍能保持结构的稳定。近年来，将纳米级的高熵合金应用于电催化转化的研究已有相关进展，这证实了高熵合金纳米颗粒具有作为高效电催化剂的应用潜能。在制备纳米级的高熵合金催化剂的过程中，最关键的步骤是在适宜的还原条件下同时还原多种前驱体。目前报道的高熵合金纳米颗粒制备工艺复杂和本征催化活性较差。

技术实现思路

[0004]为了克服以上现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的制备方法，解决了高熵合金纳米颗粒制备工艺复杂和催化活性较差的问题。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒。
[0006]本专利技术的目的通过以下的技术方案实现：
[0007]一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的制备方法，具体步骤如下：
[0008](1)将铂前驱体、水合氯化铑、氯化钯、水合氯化铱和氯金酸混合后形成贵金属前驱体，再将所述贵金属前驱体溶于三乙二醇中形成前驱体溶液；将保护剂溶于三乙二醇后，加热至160～240℃,滴加所述前驱体溶液并搅拌，随即冷却至室温，获得高熵合金纳米颗粒溶胶；
[0009](2)将载体材料溶于乙醇后进行恒温超声处理和破碎处理，加入上述制得的高熵合金纳米颗粒溶胶后再次进行破碎处理，依次进行搅拌、洗涤和干燥后得到PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒。
[0010]优选的，铂前驱体、水合氯化铑、氯化钯、水合氯化铱和氯金酸的摩尔比相等。
[0011]优选的，所述贵金属前驱体与所述三乙二醇的体积比为1:3～9。
[0012]优选的，所述保护剂与所述贵金属前驱体的摩尔比为2～20:1。
[0013]优选的，所述铂前驱体为四氯化铂、氯铂酸或乙酰丙酮铂中的任意一种。
[0014]优选的，所述保护剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵或三嵌段共聚物中任意一种。
[0015]优选的，步骤(1)中所述搅拌的过程中，转速为200
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800rpm。
[0016]优选的，步骤(1)中所述搅拌的过程中，搅拌的时间为12
‑
18h。
[0017]优选的，所述滴加前驱体溶液的过程中，滴加速度为2～240ml/h。
[0018]优选的，所述载体材料为VXC
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72R导电碳黑、有序介孔碳、γ
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Al2O3或掺氮碳管中的任意一种。
[0019]更优选的，所述载体材料为VXC
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72R导电碳黑。
[0020]优选的，所述载体材料与所述贵金属前驱体的质量比为3～20:1。
[0021]优选的，所述洗涤过程中，洗涤剂为超纯水和无水乙醇的混合物或丙酮、乙醚、乙醇和超纯水的混合物中任意的一种。
[0022]优选的，所述洗涤的次数为5～20次以上。
[0023]优选的，所述破碎处理的具体步骤如下：
[0024]将溶于乙醇的载体材料放入细胞破碎机中，通过直径为10mm的变幅杆进行超声破碎处理，持续1h。
[0025]优选的，所述PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的负载量为5％
‑
15％。
[0026]优选的，所述超声处理的时间超过3h。
[0027]优选的，所述PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的粒径大小为5
‑
10nm。
[0028]一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒，由所述的一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的制备方法制备而成。
[0029]一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的应用，作为乙醇燃料电池的阳极材料。
[0030]本专利技术相对现有技术具有以下优点及有益效果：
[0031]本专利技术方法所合成的PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒具有较高的本征催化活性，其可加快乙醇氧化反应的动力学，纳米级的高熵合金具有较大的表面积，较高的稳定性以及多种金属间独特的协同作用。Pt、Rh、Pd、Ir和Au，5种金属元素形成以(111)面为主导的单相晶体结构，不同原子粒径的元素在晶格间产生显著的压缩/拉伸应力，应变效应引起合金的热力学非平衡状态并导致更高的势能，从而降低催化反应中的能垒。高熵合金的性能并非各个元素的特性之和，而是具有复杂的相互作用。对于乙醇电氧化反应，需在增加晶格间距、促进乙醇吸附和强化抗CO毒化间作出平衡。
[0032]本专利技术采用一锅法获得预设量的贵金属高熵合金纳米颗粒，制备工艺简便，操作过程安全性高，无污染，便于大批量放大合成并能负载于多种载体材料,所合成的PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒具有稳定的单固溶体相结构，便于储存。
附图说明
[0033]图1为PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的透射电镜(TEM)图。
[0034]图2为实施例1
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4中所制备的PtRhPdIrAu/C、PtRhPdIrRu/C、PtRhPdIrRuAu/C和PtRhPdIrRuAuAg/C贵金属高熵合金纳米颗粒X射线衍射图。
[0035]图3为实施例1
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4中所制备的PtRhPdIrAu/C、PtRhPdIrRu/C、PtRhPdIrRuAu/C和PtRhPdIrRuAuAg/C贵金属高熵合金纳米颗粒的乙醇氧化反应线性扫描伏安曲线(LSV)对比图。
[0036]图4为实施例1
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4中所制备的PtRhPdIrAu/C、PtRhPdIrR本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)将铂前驱体、水合氯化铑、氯化钯、水合氯化铱和氯金酸混合后形成贵金属前驱体，再将所述贵金属前驱体溶于三乙二醇中形成前驱体溶液；将保护剂溶于三乙二醇后加热至160～240℃,滴加所述前驱体溶液并搅拌，随即冷却至室温，获得高熵合金纳米颗粒溶胶；(2)将载体材料溶于乙醇后进行恒温超声处理和破碎处理，加入上述制得的高熵合金纳米颗粒溶胶后再次进行破碎处理，依次进行搅拌、洗涤和干燥后得到PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒。2.根据权利要求1所述的一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述贵金属前驱体与所述三乙二醇的体积比为1:3～9。3.根据权利要求1所述的一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述保护剂与所述贵金属前驱体的摩尔比为2～20:1。4.根据权利要求1所述的一种PtRhPdIrAu/C贵金属高熵合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述铂前驱体为四氯化铂、氯铂酸或乙酰丙酮铂中的任意一种。5.根据权利要求1所述的一种PtRhPdIrAu/C贵金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爽，黄先锋，杨光星，余皓，王红娟，曹永海，王浩帆，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：