[發明專利]一種二維多孔貴金屬基納米催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201710431461.8
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107086314B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 徐林;劉禎圓;李家輝;唐亞文;孫冬梅
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 鄭立發

本發明公開了一種通過合成二維配位聚合物來制備二維多孔貴金屬基納米催化劑的方法。該方法以貴金屬化合物和過渡金屬氰化物為前驅體，通過配位取代反應生成二維配位聚合物納米片，然后采用氧氣氧化、氫氣還原得到二維多孔的貴金屬基納米催化劑。本發明方法制得的二維片狀貴金屬基納米片具有高度有序的合金化結構，并且表面粗糙多孔，電化學研究研究出其具有優異的電催化性能。

技術領域

本發明涉及一種貴金屬基二維納米催化劑制備方法，具體涉及合成二維配位聚合物，通過氧氣氧化再氫氣還原來制備二維多孔貴金屬基納米催化劑的方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有高的能量轉換效率、低污染、燃料多樣化、貯存與攜帶方便等優點，非常適合用作手機、筆記本電腦、汽車等便攜式或固定電源系統裝置，是公認的高效、綠色的能源轉換技術。

研究表明，貴金屬基納米材料的催化性能與其結構形貌(包括幾何構型、暴露晶面、尺寸分布和維度等)和組分間存在著緊密的聯系。因此，可以通過對貴金屬基納米材料進行結構加工和組分調控實現材料電催化性能的優化。近年來，為了提高貴金屬的原子利用率，人們已通過諸多方法制備出不同的貴金屬基納米結構，如超細納米線、中空或多孔納米框架、納米薄片、納米籠和多孔分支結構等。其中，超薄的貴金屬基納米片狀結構由于其獨特的量子尺寸效應和表面效應，往往表現出異乎尋常的物理化學性能，如高電子遷移率、量子霍爾效應、超導電和導熱性能等。

目前，不同形貌的貴金屬基納米材料(包括納米四面體、納米球、納米花、納米枝、納米四足及納米網)已經用不同的合成方法制備得到，如水熱法、晶種法、模板法、化學還原法和熱分解法等。由于“幾何效應”及“晶面效應”，常規方法制備得到的催化劑傾向于形成三維結構。而有些方法雖然能制備得到表面光滑平整的二維結構，但是高的表面能和表面配位原子的不飽和使得這些片層相互堆積，大量減少了可接觸的表面原子，最終導致原子利用率降低，電催化性能下降。

發明內容

發明目的

針對上述技術問題，本發明的目的在于提供通過合成二維配位聚合物來制備二維多孔貴金屬基納米催化劑的方法，即首先合成具有二維片狀結構的貴金屬配位聚合物，通過氧氣氧化再經氫氣還原制備貴金屬基納米材料，所述的方法具有如下特點：1、能夠保持貴金屬納米催化劑的二維結構并使其表面粗糙多孔；2、二維配位聚合物中，其貴金屬和3d過渡金屬在原子水平層次上已實現均勻混合，通過氧化、還原有利于形成具有高度均一合金化結構的貴金屬-3d過渡金屬二維材料。所得納米催化劑可用于燃料電池催化劑，滿足有關領域應用和發展的要求。

技術方案

為了達到上述發明目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種通過合成二維配位聚合物來制備二維多孔貴金屬基納米催化劑的方法。其特征在于，所述方法為，在去離子水中，將貴金屬(Pt、Pd、Au、Rh、Ir等)化合物和過渡金屬氰化物[M(CN)_n]^2-/3-(n＝4、6；M＝Fe、Co、Ni等)超聲混合形成高分子聚合物氰膠；隨后在高溫水熱環境下逐漸變成二維配位聚合物納米片；將上述得到的二維配位聚合物納米片在氧氣中氧化得到氧化物；最后將氧化物通過氫氣還原即得所述的二維多孔貴金屬基納米催化劑，如PtNi、PdFe、PtAuNi等。

更具體地說，本發明通過合成二維配位聚合物，經氧氣氧化再氫氣還原來制備二維多孔貴金屬基納米催化劑的方法，包括以下步驟：

(1)合成高分子聚合物氰膠：在去離子水中，將貴金屬(Pt、Pd、Au、Rh、Ir等)化合物和過渡金屬氰化物[M(CN)_n]^2-/3-(n＝4、6；M＝Fe、Co、Ni等)超聲混合形成高分子聚合物氰膠；

(2)將形成的高分子聚合物氰膠在高溫水熱環境下反應逐漸變成二維配位聚合物納米片；