[發明專利]一種多孔鉑/鈀合金納米顆粒催化劑、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201611053526.1
• 申請日: 2016-11-25
• 公開（公告）號: CN106732556B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 房彩虹;趙俊;趙貴麗
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01J35/10;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 34107 蕪湖安匯知識產權代理有限公司
• 代理人: 任晨晨<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種多孔鉑/鈀合金納米顆粒催化劑、制備方法及其應用，將十六烷基三甲基氯化銨水溶液、氯鉑酸水溶液、硼氫化鈉冰水溶液混合以獲得種子溶液，之后將種子溶液注入到由十六烷基三甲基氯化銨水溶液、氯鉑酸水溶液、氯鈀酸水溶液、抗壞血酸水溶液制得的成長溶液中，經過一段時間的成長后成功制得中心鈀富集的納米多孔枝晶鉑鈀合金納米顆粒，再經氧化剝離中心鈀而獲得多孔空心櫻花狀鉑/鈀合金納米顆粒催化劑。與現有技術相比，本發明制備方法簡單，反應條件溫和，制備方法簡單易行，且綠色無污染。可控合成得到的尺寸和組份可調的納米催化劑，所得到的鉑/鈀合金納米顆粒催化劑的比表面積較大，表現出優異的電化學催化性能。

技術領域

本發明屬于無機貴金屬納米材料及電催化材料技術領域，具體涉及一種多孔鉑/鈀合金納米顆粒催化劑、制備方法及其應用。

背景技術

鉑基催化劑具有優異的催化性能，在環境工程、能源、工業生產等領域起到了重要的作用。例如：汽車尾氣的凈化，燃料電池的催化，電解水制氫等等。目前，商業Pt/C催化劑已在諸多領域得到了廣泛的應用，極大地推動了生產力的發展。

然而，鉑在地殼中儲量十分有限，且價格昂貴成本高，非貴金屬的替代品性能較鉑差，現有商業Pt/C催化劑中鉑納米顆粒又有易聚集、循環性較差的缺點。因此，如何提高現有鉑的催化性能，從而降低鉑的使用量，已成為極具意義的課題。在過去的十幾年里科研人員已做出了大量的工作，成功的提升了催化劑的性能，主要手段有：1.將鉑顆粒細小納米化而獲得高的比表面積；2.調節顆粒的結構形貌，如制備多孔結構，高活性面暴露率，空心籠裝結構等；3.制備鉑基合金利用合金效應等手段；4.負載劑的選擇與調控等等。

但是，現有技術中商業Pt/C催化劑的性能仍達不到要求。

發明內容

針對現有商業Pt/C的不足，本發明提供了一種多孔鉑/鈀合金納米顆粒催化劑及其制備方法，利用鈀還原反應速度比鉑快，及鈀的氧化刻蝕而獲得不同多孔空心櫻花狀鉑/鈀合金納米顆粒催化劑的制備方法。該制備方法簡單、反應條件溫和，并且隨著成長液氯鉑酸和氯鈀酸的比例不同，鉑/鈀合金納米顆粒亦呈現出不同的結構形貌及不等的催化性能。

本發明還提供了一種多孔鉑/鈀合金納米顆粒催化劑的應用，在電催化甲醇氧化上的應用。其質量活性遠高于商業的Pt/C催化劑，且穩定性較Pt/C催化劑亦有提高。

本發明提供的一種多孔鉑/鈀合金納米顆粒催化劑的制備方法，包括以下步驟：

A、制備種子溶液：向十六烷基三甲基氯化銨水溶液中加入氯鉑酸水溶液和硼氫化鈉冰水溶液，混合均勻后在34～37℃條件下，靜置2～5小時，得到種子溶液；

B、制備多孔鉑/鈀合金納米顆粒催化劑：向十六烷基三甲基氯化銨水溶液中依次加入氯鉑酸水溶液、氯鈀酸水溶液、抗壞血酸水溶液和步驟A制備得到的種子溶液，混合均勻后于35-40℃靜置20-70小時，離心，即得多孔鉑/鈀合金納米顆粒催化劑。

進一步的，步驟A中所述十六烷基三甲基氯化銨水溶液的摩爾濃度、氯鉑酸水溶液的摩爾濃度和硼氫化鈉冰水溶液的摩爾濃度比值為(1～3)：(0.1～0.3)：(0.1～0.3)；所述十六烷基三甲基氯化銨水溶液、氯鉑酸水溶液和硼氫化鈉冰水溶液的體積之比為975：8：60。

進一步的，步驟B中，所述十六烷基三甲基氯化銨水溶液的摩爾濃度、氯鉑酸水溶液的摩爾濃度、氯鈀酸水溶液的摩爾濃度和抗壞血酸水溶液的摩爾濃度比值為(1～3)：(0.1～0.3)：(0.1～0.3)：(1.6～3)；所述十六烷基三甲基氯化銨水溶液、氯鉑酸水溶液、氯鈀酸水溶液、抗壞血酸水溶液和步驟A制備得到的種子溶液的體積之比為(3000～5000)：(50～70)：(6～100)：(30～40)：(5～50)；