[發明專利]一種擔載型PtCu納米空心結構催化劑的制備方法及應用

在審

• 申請號: 201611014867.8
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN108075143A
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 秦曉平;邵志剛;曹龍生;張洪杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;B82Y30/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發明提供一種擔載型PtCu納米空心結構催化劑的制備方法及應用。在載體的乙二醇和水的混合溶液中，無表面活性劑的情況下，依次加Pt和Cu過渡金屬鹽的水溶液，在0?10℃低溫條件下，加入還原劑，再升溫到20?70℃繼續反應1?3h，經洗滌、干燥、得到PtCu空心結構催化劑。該方法操作簡單，反應迅速，易于放大合成，所制備的空心結構納米催化劑可應用于燃料電池等領域。

技術領域

本發明屬于貴金屬電催化劑領域，涉及一種擔載型PtCu納米空心結構催化劑的制備方法及應用。

背景技術

燃料電池是將燃料具有的化學能直接轉變為電能的發電裝置，由于其不受卡諾循環的限制，使其具有能量轉化效率高的優點，且燃料電池還具有環境友好、可持續發電、燃料多樣化和比能量高等優點，因此受到世界的廣泛關注。電催化劑是燃料電池的一個重要組成部分，目前，質子交換膜燃料電池采用的催化劑主要是鉑及其合金催化劑，但是鉑的價格昂貴且在我國的儲量較低，限制了其在燃料電池中的應用。因此，如何提高鉑的利用率，制備高活性的鉑基電催化劑是我們研究的主要問題。

相對于實心金屬催化劑，空心結構表現出低密度、高比表面積、節省材料和低成本的優點。因此，制備空心結構催化劑是提高單位質量Pt催化活性的有效方法之一。以非Pt金屬為模板，制備以Pt合金為外殼的空心結構，可以提高Pt的利用率。另外，通過外殼的兩種或三種金屬之間的相互作用，可以調控Pt的電子結構與幾何機構，進而提高催化劑的催化活性和選擇性；同時，帶有孔洞的空殼結構的內外表面均具有催化作用，可提高有催化作用的Pt在總Pt擔量中的比例，從而提高Pt的利用率。

目前，液相合成制備金屬納米粒子大多在各種保護劑(聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、銨鹽類陽離子表面活性劑、磺酸及硫酸類陰離子表面活性劑等)存在下進行，從而有效控制金屬納米粒子的尺寸及形貌。

中國專利CN200910023865.9公開了一種方法用50-1000nm的氧化亞銅粒子為模板、十六烷基三甲基溴化銨為保護劑制備Pt納米空心結構。中國專利CN200310114338.1公開了一種方法用檸檬酸為保護劑，鈷為模板制備粒徑為15-50nm的Pt納米空心結構。中國專利CN201110298886.9公開了一種方法用石墨烯為載體，聚乙烯吡咯烷酮為保護劑，鎳為模板制備石墨烯擔載的粒徑為10-50nm的Pt納米空心結構。美國專利2012/0003563A1公開了一種方法用Al或Mg或Zn粉為模板，用AgNO3置換得到多枝狀的銀納米顆粒，再用鉑鹽置換Ag得到多枝狀的鉑納米顆粒。美國專利2013/0344421 A1公開了一種方法用還原劑還原過渡金屬并作為模板，再用鉑鹽置換得到空心結構電催化劑。得到的鉑納米顆粒的粒徑為3-20nm。

發明內容

本發明目的在于提出一種擔載型PtCu納米空心結構催化劑的制備方法，該方法操作簡單，反應迅速，反應溫度低，成本低廉，適于大規模生產。所制備的擔載型PtCu納米空心結構催化劑PtCu尺寸可調。

本發明提供了一種擔載型PtCu納米空心結構催化劑的制備方法，具體合成步驟為：在載體的乙二醇和水的混合溶液中，分別加入Pt和Cu的金屬化合物的水溶液，在0-10℃下攪拌30分鐘以上，隨后在攪拌的條件下，通入惰性氣氛氣體，然后加入水溶性還原劑或其水溶液，反應1-10分鐘；再升溫到20-70℃繼續反應1-3h，經洗滌、干燥后得到擔載型的PtCu納米空心結構催化劑。

本發明所述的擔載型PtCu納米空心結構催化劑的制備方法，乙二醇和水的混合溶液中，乙二醇和水的體積比為2:1。

本發明所述的擔載型PtCu納米空心結構催化劑的制備方法，所述的載體為活性碳、碳納米管、石墨烯、碳化鎢或銦錫氧化物。