[發明專利]一種聚烯丙基胺導向的三維（3D）鉑納米矛自組裝體的制備方法

無效

• 申請號: 201310168763.2
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN103230811A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 陳煜;付更濤;唐亞文;林軍;陸天虹
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;H01M4/92;B22F9/24;C08F126/02;C08F8/04;B82Y40/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 韓朝暉

技術領域

本發明涉及一種鉑納米粒子的制備方法，尤其涉及一種聚烯丙基胺導向的三維（3D）鉑納米矛自組裝體的制備方法，該鉑納米粒子作為催化劑對氧氣的電化學還原（ORR）展現出較高的催化活性和優異的持久穩定性。

背景技術

質子交換膜燃料電池（PEMFCs）由于具有較高的能量轉化效率、低工作溫度、低污染排放而受到越來越多的關注。在PEMFCs中，氧還原反應（ORR）是最重要的反應之一。從反應動力學角度看，催化劑的催化活性和穩定性是ORR的一個重要參數，它影響著PEMFCs的效率和商業化。因此，發展具有高催化活性和穩定性的催化劑對于PEMFCs性能的提高是非常必要的。

我們知道，碳載Pt納米材料被廣泛地用作PEMFCs的催化劑。但是，碳載Pt納米催化劑的電催化活性會隨著燃料電池的工作而不斷降低，其原因主要有以下幾類：第一，碳載體的腐蝕導致Pt納米粒子的流失；第二，因為奧斯特瓦德爾熟化導致Pt納米粒子的團聚；第三，Pt納米晶的遷移導致粒子的長大。這些問題導致PEMFCs穩定性能的嚴重降低。因此，大量的研究致力于合成無負載的高活性和穩定性的Pt納米結構。

目前，不同形狀的Pt納米結構，比如零維的納米球和納米立方體，一維的納米線和納米管，二維的納米殼和多枝狀，三維的納米網都被用不同的方式合成了，比如模板法、晶種法、化學反應法、有機溶膠法和熱分解方法等等。其中，一維Pt納米結構因為它們獨特的各向異性被認為是ORR高活性和穩定性的催化劑。與零維的Pt納米球或一維的Pt納米線相比，三維的Pt納米結構由于其結構的特殊性，有效地保留了它們的高表面積。另外，在3D的Pt納米結構中，Pt納米粒子相互交織在一起，這能有效抑制奧斯特瓦德爾熟化效應。例如，Xia和他的同事合成了3D?Pt納米自裝體，研究證實對ORR表現出杰出的電化學活性和穩定性（Xia,?B.?Y.;?Ng,?W.?T.;?Bin?Wu,?H.;?Wang,?X.;?Lou,?X.?W.,?Self-Supported?Interconnected?Pt?Nanoassemblies?as?Highly?Stable?Electrocatalysts?for?Low-Temperature?Fuel?Cells.?Angewandte?Chemie-International?Edition?2012,51,?7213-7216）。

發明內容

本發明的目的在于提供一種聚烯丙基胺導向的3D鉑納米矛自組裝體的制備方法，以聚烯丙基胺鹽酸鹽（PAH）與Pt^II的絡合物為反應前驅體，一定反應條件下通過水熱法合成3D鉑納米矛自組裝體，與商業化Pt黑催化劑相比，所制備的3D鉑納米矛自組裝體對ORR顯示出更高穩定性和活性。

本發明采用如下技術方案：一種聚烯丙基胺導向的三維(3D)鉑納米矛自組裝體的制備方法，其特征在于：將聚烯丙基胺鹽酸鹽（PAH）和K₂PtCl₄超聲混合形成水溶液，調節溶液pH至0.2～0.5，制得PAH-Pt^II配合物溶液；PAH-Pt^II配合物溶液中加入還原劑HCHO，隨后放入水熱反應釜中進行水熱反應，產物分離、洗滌、干燥即得所述的鉑納米矛自組裝體。

更具體地說，本發明的一種聚烯丙基胺導向的三維鉑納米矛自組裝體的制備方法，包括以下步驟：

（1）合成PAH-Pt^II金屬配合物：將聚烯丙基胺鹽酸鹽（PAH）與K₂PtCl₄以一定物質的量比超聲混合形成水溶液，調節溶液pH至0.2～0.5，制得PAH-Pt^II配合物溶液;

（2）PAH-Pt^II金屬配合物的還原：PAH-Pt^II配合物溶液中加入還原劑HCHO，隨后放入水熱反應釜中；將反應釜置于140℃～160℃的干燥箱中，使PAH-Pt^II配合物與HCHO完全反應，金屬Pt^II離子還原后得目標產物；

（3）后處理：產物經過離心分離、洗滌后，真空干燥，即得所述的3D鉑納米矛自組裝體。

所述的聚烯丙基胺鹽酸鹽（以烯丙基胺單體計）與K₂PtCl₄的摩爾比不小于10:?1，優選為10:?1～40:?1。