[發明專利]一種鉑包覆金納米晶材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710248249.8
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106935873B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 李曉坤;陳衛
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春應用化學研究所
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;B82Y30/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明屬于催化劑領域，尤其涉及一種鉑包覆金納米晶材料及其制備方法和應用。本發明提供的鉑包覆金納米晶材料的制備方法，包括以下步驟：a)、金納米晶、哌嗪衍生物和鉑源化合物在溶劑中混合反應，得到鉑包覆金納米晶材料。本發明提供的制備方法能夠在金納米晶表面包覆較薄的鉑層，從而使制備的鉑包覆金納米晶材料表現出較好的催化性能。此外，本發明提供的制備方法簡單快速，處理過程簡單，不使用強酸、強堿溶劑，具有較好的應用前景。實驗結果表明，本發明制備得到的鉑包覆金納米晶材料的鉑層為亞原子層～幾個原子層的厚度。

技術領域

本發明屬于催化劑領域，尤其涉及一種鉑包覆金納米晶材料及其制備方法和應用。

背景技術

燃料電池技術因具有高能量密度和高能量轉化效率等優異特性，已經被認為是目前最具潛力的清潔能源。鑒于燃料電池中的電化學反應、物質傳輸以及能量轉化主要發生在電極與電解質界面上，電催化劑性能對燃料電池的化學能轉變為電能的效率起到了至關重要的作用。在眾多的電催化劑中，鉑基催化材料仍然是目前應用于燃料電池中催化性能最好的催化劑。但是，鉑價格昂貴、儲量少以及鉑基催化劑不穩定等缺點，使得燃料電池在商業應用方面面臨嚴峻挑戰。因此，發展新型鉑基催化劑，盡可能降低鉑的使用并提高其催化性能是相關研究領域的一個重要課題。

基于此，現有技術已經公開了多種形貌的鉑基二元或多元金屬催化劑，其中，將貴金屬包覆于非鉑金屬核表面得到核殼結構的催化劑是一種降低鉑用量的有效方式之一。因核-殼金屬間的相互作用，鉑殼的電催化活性可得到有效調控和提高。例如，金-鉑核殼結構因其(金)核(鉑)殼晶格錯配作用使其催化性能優于單純的鉑催化材料。在目前公開的核殼材料中，鉑殼厚度一般為2～5nm。

從原理上，只有材料表面的鉑原子能夠提供催化活性位點，而大量的內部原子并沒有參與催化過程。因此，從鉑的利用最大化的角度考慮，在其它材料表面包覆的鉑殼厚度越薄越好。但是，獲得薄層鉑殼厚度需要依據核的尺寸對鉑的用量進行精確計算和嚴格控制，基于現有已經公開的合成方法，很難獲得尺寸一致的內核納米粒子，因此，在非鉑材料的內核上包覆厚度較薄的鉑殼是非常困難的。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種鉑包覆金納米晶材料及其制備方法和應用，采用本發明提供的方法制備得到的鉑包覆金納米晶材料的鉑層較薄。

本發明提供了一種鉑包覆金納米晶材料的制備方法，包括以下步驟：

a)、金納米晶、哌嗪衍生物和鉑源化合物在溶劑中混合反應，得到鉑包覆金納米晶材料。

優選的，所述哌嗪衍生物包括4-羥乙基哌嗪乙磺酸和/或3-(羥乙基哌嗪)-2-羥基丙磺酸。

優選的，所述金納米晶、哌嗪衍生物、鉑源化合物和溶劑的用量比為(0.001～0.2)nmol：(0.08～2)mmol：(0.0001～0.2)mmol：0.01L。

優選的，所述反應的時間為1～120min；所述反應的溫度為10～40℃。

優選的，所述步驟a)具體包括：

a1)、將金納米晶、哌嗪衍生物和部分溶劑混合，得到混合液；將鉑源化合物和余量溶劑混合，得到鉑源化合物溶液；

a2)、將所述鉑源化合物溶液加入到所述混合液中進行反應，得到鉑包覆金納米晶材料。

優選的，所述金納米晶的粒徑為1～100nm。

優選的，所述金納米晶包括球型金納米晶和/或花型金納米晶。