[發(fā)明專利]一種具有電氧化催化性能的磁性納米多孔Fe-Pt合金的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610021732.8
• 申請(qǐng)日: 2016-01-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105648478A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張偉;歐淑麗;馬殿國(guó);李艷輝;王英敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C25C5/02
• 分類號(hào): C25C5/02;C25F3/14;C22C3/00;C22C1/08;C22C5/04;B82Y40/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉;侯明遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有電氧化催化性能的磁性納米多孔Fe-Pt合金 的制備方法。

背景技術(shù)

納米多孔金屬是指孔徑尺寸在納米量級(jí)，具有三維雙連續(xù)多孔結(jié)構(gòu)的金屬材料。納米多 孔金屬兼具多孔材料、金屬材料和納米材料的特征，具有低密度、高比表面積、良好的導(dǎo)電、 導(dǎo)熱性和強(qiáng)的納米尺寸效應(yīng)等優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在催化、傳感、生物醫(yī)療和新能源等領(lǐng) 域具有巨大的應(yīng)用潛力。

脫合金化又稱去合金化，是目前高效制備納米多孔金屬的方法之一，具體指通過(guò)化學(xué)或 電化學(xué)的方式選擇性溶解去除合金中的活潑組元，剩余惰性組元通過(guò)擴(kuò)散自組織形成納米多 孔結(jié)構(gòu)的過(guò)程。通過(guò)脫合金化法制備納米多孔金屬的原始合金(即前驅(qū)體合金)多為連續(xù)固 溶體合金，且要求前驅(qū)體合金的成分和微觀組織結(jié)構(gòu)足夠均勻，合金各組元間存在較大的電 極電位差，以及惰性組元在合金/電解液界面具有足夠快的擴(kuò)散速度。

非晶合金中化學(xué)成分分布均勻，微觀結(jié)構(gòu)均勻性也遠(yuǎn)高于晶體合金，可以避免出現(xiàn)晶體 合金材料普遍具有的晶界、位錯(cuò)和偏聚等限制納米多孔材料制備效果的因素。而且，結(jié)合對(duì) 非晶合金成分和脫合金化工藝參數(shù)的調(diào)整可以相對(duì)容易調(diào)控納米多孔金屬的孔徑尺寸和孔壁 厚度，制備出孔徑尺寸可控的納米多孔金屬材料。因此，非晶合金是一類適用于制備納米多 孔金屬的前驅(qū)體材料。Yu等人報(bào)道了利用非晶條帶經(jīng)脫合金化可成功制備納米多孔Pd【Yuet al,ChemMater,20(2010):4548】；中國(guó)發(fā)明專利CN102943187A公開(kāi)了一種采用Cu-Hf-Al非 晶合金制備納米多孔Cu的制備方法；本專利申請(qǐng)人與合作者以非晶合金作為前驅(qū)體，通過(guò) 脫合金化法成功制備了具有良好催化活性和電化學(xué)穩(wěn)定性的Au-Pd納米多孔合金【Langetal, JPhysChemC,114(2010):2600】。

目前，在質(zhì)子交換膜燃料電池中使用的陽(yáng)極催化劑多采用負(fù)載型Pt/C納米顆粒催化劑， 但該催化劑在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中易發(fā)生CO中毒、催化活性不足，且Pt的利用率較低。研究人 員先后通過(guò)對(duì)Pt-Cu連續(xù)合金、Pt-Si和Pt-Al薄膜合金脫合金化制備出了納米多孔Pt，或者 通過(guò)對(duì)Fe-Pt-Al合金的二次脫合金化制備出納米多孔FePt合金。這些納米多孔合金均表現(xiàn)出 良好的催化特性，有望代替顆粒催化劑。但是由于在Pt-Cu合金的脫合金化過(guò)程中Pt原子在 合金/電解液界面的擴(kuò)散速度較低，所獲納米多孔Pt合金的孔徑較小，需要通過(guò)隨后的退火處 理來(lái)調(diào)整孔徑尺寸；薄膜合金的制備工藝要求嚴(yán)苛，生產(chǎn)效率低；Fe-Pt-Al合金的脫合金化 工藝繁瑣且脫合金化后的納米多孔金屬材料的形貌不易控制，存在易碎、易開(kāi)裂等缺陷，嚴(yán) 重阻礙了其在催化領(lǐng)域的實(shí)用化。針對(duì)目前已有Pt基催化劑的不足，開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)異催化特 性，且制備工藝簡(jiǎn)單高效的Pt基納米多孔金屬合金是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)目前已有Pt基催化劑的不足以及制備Pt基納米多孔金屬的復(fù)雜工藝，本發(fā)明提供 了一種基于非晶合金脫合金化的具有良好電氧化催化性能的磁性納米多孔Fe-Pt合金的制備 方法。本發(fā)明利用Fe-Pt-(B,Si)系合金良好的非晶形成能力，通過(guò)單輥甩帶或單輥甩帶+熱處 理工藝制備出具有非晶或非晶+納米晶結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體合金條帶，再利用脫合金化工藝，以前驅(qū) 體合金為工作電極，在室溫酸性環(huán)境中選擇性腐蝕掉合金中的Fe、B和/或Si等活潑元素， 獲得孔徑均勻的磁性納米多孔Fe-Pt合金，孔徑和孔壁厚度大小可以通過(guò)合金成分和脫合金 化工藝參數(shù)的調(diào)整分別控制在3～18nm，5～22nm范圍內(nèi)。獲得的磁性Fe-Pt納米多孔合金在 酸性溶液中對(duì)甲醇等物質(zhì)的電氧化反應(yīng)具有良好的催化活性和抗CO中毒能力。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：以Fe-Pt-(B,Si)系非晶或非晶+納米晶合金條帶作為前驅(qū)體 合金，采用電化學(xué)脫合金化工藝，在室溫酸性環(huán)境下，以前驅(qū)體合金作為工作電極制備具有 電氧化催化性能的納米多孔Fe-Pt合金，具體包括以下步驟：

第一步，制備Fe-Pt-(B,Si)系非晶前驅(qū)體合金條帶：