用作催化剂的双金属结构的合成制造技术

本文所述的各方面整体涉及双金属结构、其合成及其用途。在一个实施方案中，本发明专利技术提供一种用于形成双金属纳米框架的方法。该方法包括通过使包含铂(Pt)的第一前体与包含第8

【技术实现步骤摘要】
用作催化剂的双金属结构的合成


[0001]本公开的各方面整体涉及双金属结构、其合成及其用途。

技术介绍

[0002]在燃料电池中使用各种金属催化剂，通过直接电化学氧还原反应和析氢反应来提高原料能源转化率。这些金属催化剂通常呈具有高指数面的金属纳米结构的形式。此类面的晶体特性与催化剂颗粒的形状密切相关，该特性随后会影响催化剂的电催化功能。铂是用于燃料电池，并且特别是用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的最常用且有效的催化剂。然而，常规铂催化剂的高成本和耐久性限制了其在燃料电池、PEMFC和其它需要大量铂的领域中的广泛应用。
[0003]需要可用作例如，能源技术中所使用的现有催化剂的高性能替代品的新型催化剂组合物。

技术实现思路

[0004]本公开的各方面整体涉及双金属结构、其合成及其用途。
[0005]在一方面，本专利技术提供一种用于形成双金属纳米框架的方法。该方法包括通过使第一前体和第二前体反应形成第一双金属结构，该第一前体包含铂(Pt)，该第二前体包含第8
‑
11族金属(M2)，其中，M2不含Pt；使包含Pt的第三前体与第一双金属结构在约80℃至约300℃的温度下反应以形成第二双金属结构，该第二双金属结构的Pt与第8
‑
11族金属的摩尔比比第一双金属结构的更高；以及引入第二双金属结构与酸以形成双金属纳米框架，该双金属纳米框架的Pt与第8
‑
11族金属的摩尔比比第二双金属结构的更高，该双金属纳米框架具有下式：(Pt)
ar/>(M2)
b
，其中：a是Pt的量；b是M2的量；并且a:b的摩尔比为约99:1至约25:75。
[0006]在另一方面，本专利技术提供一种催化剂组合物。该催化剂组合物包含双金属多面体纳米框架，该双金属多面体纳米框架包含：至少部分中空的内部；以及封装内部的多个小面，该多个小面中的每个小面包含金属原子，其中，双金属多面体纳米框架具有下式：(M1)
a
(M2)
b
，其中：M1是Pt；M2是包含Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Cu、Ag、Au或它们的组合的第8
‑
11族金属；并且a:b的摩尔比为约99:1至约25:75；
[0007]在另一个方面，提供一种用于形成转化产物的方法。该方法包括将反应物引入到双金属多面体纳米框架中以形成转化产物，该双金属多面体纳米框架包含：至少部分中空的内部；以及封装内部的多个小面，该多个小面中的每个小面包含金属原子，该双金属多面体纳米框架具有下式：(M1)
a
(M2)
b
，其中：M1是Pt；M2是选自Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Cu、Ag、Au，以及它们的组合的第8
‑
11族金属；并且a:b的摩尔比为约99:1至约25:75；
附图说明
[0008]为了使得本公开的上述特征的方式能够被详细理解，可通过参考各个方面来对上
文简要概述的本公开进行更具体描述，该方面中的一些如附图中所示。然而，应当注意，附图仅示出了示例性方面，因此不应被认为是对其范围的限制，因为本公开可允许其他同样有效的方面。
[0009]图1A是根据本公开的至少一个方面的纳米晶体的非限制性图示。
[0010]图1B是根据本公开的至少一个方面的中空纳米晶体的非限制性图示。
[0011]图1C是根据本公开的至少一个方面的用于形成双金属结构的示例性反应图。
[0012]图2A是根据本公开的至少一个方面的用于形成双金属结构的示例性反应图。
[0013]图2B是根据本公开的至少一个方面的用于形成第10
‑
11族金属络合物的示例性反应图。
[0014]图2C是根据本公开的至少一个方面的用于形成第8
‑
11族金属络合物的示例性反应图。
[0015]图3A是示出根据本公开的至少一个方面的用于形成双金属结构的示例性方法的所选择的操作的流程图。
[0016]图3B是示出根据本公开的至少一个方面的用于形成双金属结构的示例性方法的所选择的操作的流程图。
[0017]图4A是根据本公开的至少一个方面的示例性PtNi3纳米颗粒、在120℃下进行Pt
2+
离子处理之后形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体以及在进行酸处理之后形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体的示例性X射线衍射(XRD)图。
[0018]图4B是根据本公开的至少一个方面的示例性PtNi3纳米颗粒、在160℃下进行Pt
2+
离子处理之后形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体以及在进行酸处理之后形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体的示例性XRD图。
[0019]图4C是根据本公开的至少一个方面的示例性PtNi3纳米颗粒、在200℃下进行Pt
2+
离子处理之后形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体以及在进行酸处理之后形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体的示例性XRD图
[0020]图4D是根据本公开的至少一个方面的示例性PtNi3纳米颗粒、在250℃下进行Pt
2+
离子处理之后形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体以及在进行酸处理之后形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体的示例性XRD图。
[0021]图5A是根据本公开的至少一个方面的示例性PtNi3纳米颗粒的示例性透射电子显微镜(TEM)图像。
[0022]图5B是根据本公开的至少一个方面的在120℃下对PtNi3纳米颗粒进行Pt
2+
离子处理而形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体的示例性TEM图像。
[0023]图5C是根据本公开的至少一个方面的在160℃下对PtNi3纳米颗粒进行Pt
2+
离子处理而形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体的示例性TEM图像。
[0024]图5D是根据本公开的至少一个方面的在200℃下对PtNi3纳米颗粒进行Pt
2+
离子处理而形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体的示例性TEM图像。
[0025]图5E是根据本公开的至少一个方面的在250℃下对PtNi3纳米颗粒进行Pt
2+
离子处理而形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体的示例性TEM图像。
[0026]图6A是根据本公开的至少一个方面的通过在120℃下对PtNi3纳米颗粒进行Pt
2+
离子处理以及进行酸处理形成的示例性Pt
‑
Ni纳米晶体，以及比较示例Pt/C的示例性循环伏
安法(CV)曲线。
[0027]图6B是根据本公开的至少一个方面的通过在160℃下对PtNi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于形成双金属纳米框架的方法，包括：通过使第一前体和第二前体反应形成第一双金属结构，所述第一前体包含金属(M1)，所述第二前体包含第8
‑
11族金属(M2)，其中，M1是铂(Pt)，其中，M2不含Pt；使包含Pt的第三前体与所述第一双金属结构在约80℃至约300℃的温度下反应以形成第二双金属结构，所述第二双金属结构的Pt与第8
‑
11族金属的摩尔比比所述第一双金属结构的更高；以及引入所述第二双金属结构与酸以形成所述双金属纳米框架，所述双金属纳米框架的Pt与第8
‑
11族金属的摩尔比比所述第二双金属结构的更高，所述双金属纳米框架具有下式：(Pt)
a
(M2)
b
，其中：a是Pt的量；b是M2的量；并且a:b的摩尔比为约99:1至约25:75。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第8
‑
11族金属包含Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Cu、Ag、Au或它们的组合。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第8
‑
11族金属选自Ni、Fe、Co、Pd、Au、Ag以及它们的组合。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第8
‑
11族金属选自Ni、Fe、Co或它们的组合。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双金属纳米框架具有在{111}、{200}、{220}、{311}或它们的组合处具有衍射峰的X射线衍射图。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双金属纳米框架包含：至少部分中空的内部；以及封装所述内部的多个小面，所述多个小面中的每个小面包含金属原子。7.根据权利要求6所述的方法，其中，约70％或以上的所述金属原子是Pt。8.根据权利要求6所述的方法，其中，约85％或以上的所述金属原子是Pt。9.根据权利要求1所述的方法，其中：当承载在碳上时，所述双金属纳米框架在相对于可逆氢电极的0.9V(V
RHE
)下的质量活性为大于约0.44A/mg(Pt)；当承载在碳上时，所述双金属纳米框架在30000次循环之后的质量活性的损失小于其初始质量活性的约40％；或者这两者兼而有之。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述双金属纳米框架是多面体纳米框架，所述多面体纳米框架包括面心立方纳米框架、立方体纳米框架、四面体纳米框架、八面体纳米框架、菱形十二面体纳米框架、十面体纳米框架、二十面体纳米框架、三棱柱纳米框架、六棱柱纳米框架、立方八面体纳米框架、杆形纳米框架、棒形纳米框架、线形(或管状)纳米框架或它们的组合，如通过X射线衍射确定。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二双金属结构和所述酸在约10℃至约60℃的温度下混合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述酸包括乙酸、硫酸、磷酸、高氯酸或它们的组合。13.一种催化剂组合物，包含：双金属多面体纳米框架，包含：至少部分中空的内部；以及封装所述内部的多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈书堂，陈固纲，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：