[發(fā)明專利]一種非晶態(tài)銅鉑合金納米管及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410738533.X
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104493195A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉景軍;王峰;劉晨光;宋夜;李志林;吉靜;竇美玲;覃事永;張良虎;康建忠
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學;藍星（北京）化工機械有限公司
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B22F1/00;B01J23/89;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京五月天專利商標代理有限公司 11294
• 代理人: 王天桂

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米電催化材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高長徑比非晶態(tài)銅鉑合金納米管及簡單大量制備的方法。

背景技術(shù)

甲醇氧化反應(yīng)是目前直接甲醇燃料電池中的關(guān)鍵電極反應(yīng)之一。到目前為止，金屬鉑被認為是一種高效的甲醇氧化電催化材料。但由于存在價格高、耐久性能差，容易遭受到CO中毒而失活等問題，使得金屬鉑在直接甲醇燃料電池中的應(yīng)用受到了嚴重的限制。近年來，由于非晶態(tài)金屬材料對甲醇氧化反應(yīng)具有很高的電催化效果，因而受到人們廣泛的重視。

非晶態(tài)金屬材料由于其結(jié)構(gòu)不同于晶態(tài)金屬，在熱力學上處于不穩(wěn)或亞穩(wěn)狀態(tài)，因而具有與一般金屬所不具備的特性，例如高活性，耐蝕性以及化學穩(wěn)定性能等。從微觀晶體學的角度看，非晶態(tài)金屬材料由于短程有序，含有很多配位不飽和原子，富于反應(yīng)性，從而具有較高的表面活性中心密度，這有利于提高材料甲醇氧化的電催化活性。同時，非晶態(tài)金屬表面保持液態(tài)的混亂排序，有利于反應(yīng)物的吸附和反應(yīng)中間產(chǎn)物的脫附，從而進一步提高了材料抗CO中毒的能力。此外，由于非晶態(tài)不存在晶界位錯等缺陷，在化學成分上保持近理想的均勻性，不會出現(xiàn)偏析等不利現(xiàn)象，這有利于大幅提高材料的化學穩(wěn)定性。因此，非晶態(tài)金屬材料目前是直接甲醇燃料電池中最具發(fā)展前景的陽極電催化材料之一。

目前常用的非晶態(tài)合金電催化材料的制備方法有：化學還原法、電化學法、熔融霧化法、置換反應(yīng)法等。其中，置換反應(yīng)法的工藝與設(shè)備簡單、速度快、成本低廉，特別適用于大量制備非晶態(tài)合金材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是制備一種高長徑的非晶態(tài)銅鉑合金納米管電催化材料。該材料對甲醇氧化反應(yīng)具有很高的電催化性能，在直接甲醇燃料電池中具有潛在的應(yīng)用，該方法具體如下：

一種非晶態(tài)銅鉑合金納米管，是一種空心納米管結(jié)構(gòu)，長度為2～5μm，外徑50～100nm，壁厚20nm左右。

該非晶態(tài)銅鉑合金納米管通過如下步驟制備：

(1)在硝酸銅溶液中，在機械攪拌下往去離子水中加入氫氧化鈉和乙二胺分別作為pH?調(diào)節(jié)劑和形貌控制劑，通過控制OH^-濃度，保證銅離子以(Cu(OH)₄)^2-?的形式存在，接著向溶液中加入硝酸銅溶液作為前軀體鹽，然后加入水合肼作為還原劑，在水浴中反應(yīng)，用去離子水過濾洗滌后，真空干燥，得到銅納米線；

(2)將上述銅納米線用稀鹽酸預處理，用去離子水沖洗后，放入真空干燥箱中干燥；然后將其分散在去離子水中，超聲分散形成均勻的漿液，使銅在漿液中的含量為0.3～0.4?g/L?；

(3)在氯鉑酸中加入絡(luò)合劑形成混合溶液，然后在磁力攪拌下，往上述含銅納米線的漿液中加入氯鉑酸和絡(luò)合劑的混合溶液，使氯鉑酸和銅的摩爾比為0.2:1～2:1，反應(yīng)30～90?分鐘，將所得的固體產(chǎn)物進行過濾洗滌，最后真空干燥得到產(chǎn)物。

優(yōu)選的，步驟（1）中的硝酸銅溶液濃度為0.1?M。

優(yōu)選的，所述水合肼溶液的質(zhì)量分數(shù)為85％。

優(yōu)選的，上述步驟中的去離子水為經(jīng)過通氮氣除氧的去離子水。

優(yōu)選的，步驟（1）中的水浴反應(yīng)溫度為60℃～90?℃。

優(yōu)選的，步驟（2）中的稀鹽酸為0.1mol/L。

優(yōu)選的，步驟（3）中的氯鉑酸水溶液的濃度控制在1～10?mmol/L。

優(yōu)選的，所述絡(luò)合劑的種類為一價銅離子的強絡(luò)合劑，如硫代硫酸鈉，但并不限定于硫代硫酸鈉；所述絡(luò)合劑與氯鉑酸的摩爾比為1:1-1:2。

優(yōu)選的，反應(yīng)溫度為20～90?℃。

優(yōu)選的，所述的真空干燥均是在60℃下干燥12小時。

本發(fā)明的制備方法也可適用于制備銅鈀合金、銅金合金等非晶態(tài)納米材料。

本發(fā)明采用置換反應(yīng)法，通過加入硫代硫酸鈉為強絡(luò)合劑，產(chǎn)生非晶態(tài)納米管；通過調(diào)節(jié)氯鉑酸和銅納米線的摩爾比可以得到任意成分比例的非晶態(tài)銅鉑合金納米管。其優(yōu)點是可以快速地大量制備出具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的銅鉑合金鉑納米管。本發(fā)明制備方法還具有制備條件簡單，反應(yīng)快速，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率高的特點。本發(fā)明的非晶態(tài)銅鉑納米管長徑比為30?左右，管壁厚度約為20?納米左右，在直接甲醇燃料電池中作為甲醇氧化電催化材料等方面具有潛在的應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1、實施例1?中制備得到的非晶態(tài)銅鉑合金納米管的透射電子顯微鏡照片

圖2、實施例1制備得到的非晶態(tài)銅鉑合金納米管的XRD?圖譜