[發明專利]三元素雙層PdNi@Pt納米線的制備方法

有效

• 申請號: 201711420474.1
• 申請日: 2017-12-25
• 公開（公告）號: CN108172842B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 高發明;于丹;陶璐;楊云霞
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90;H01M4/92;B82Y40/00
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

一種三元素雙金屬核殼結構納米線，它是一種在直徑為4.8nm的PdNi合金納米線包裹一層Pt的核殼結構一維納米線。上述三元素雙金屬核殼結構納米線的制備方法主要是利用水熱溶劑法制備出直徑為4.8nm的PdNi合金納米線，將PdNi合金納米線溶液與乙二醇溶劑混合，磁力攪拌后用移液槍逐滴加入H₂PtCl₆，并在50～80℃下攪拌8～12h，最后在8000～9500r/min下用乙醇離心清洗2～3次，并置于70℃鼓風干燥箱中烘干，得到三元素雙層PdNi@Pt納米線。本發明方法簡單，降低了催化劑的成本，以非貴金屬Ni與價格較低的Pd合金為核，在降低了Pt用量的同時極大提高了催化劑的活性。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，特別涉及一種催化劑的制備方法。

技術背景

隨著科學技術的不斷發展，人類對能源的需求量不斷上升，加之對石化燃料的快速消耗造成了自然資源的極度匱乏，導致了溫室氣體的濃度大幅增加，對環境的破壞污染日益嚴重，因此發展替代能源和綠色清潔能源成為現階段科學家研究探討的主要方向。其中質子交換膜燃料電池以其高效、高穩定性、零溫室氣體排放等優勢，在科學和工程領域被廣泛研究。燃料電池是一種電化學轉換裝置，能夠將化學能在催化劑存在的條件下和氧化劑發生反應將其轉化為電能、熱量和水，其中催化劑影響著反應發生的快慢，對燃料電池的工作效率有著決定性作用，因此科學家們將制備高效穩定的催化劑作為燃料電池的重點研究內容。其中，鉑被認為是最高效、最有研究價值且研究最為廣泛的催化劑，但是由于鉑元素在自然界中含量極少且價格昂貴，因而科學家們在提高鉑性能的同時將降低鉑的用量作為研究的重點。

在幾十年來的研究過程中，科學家們已經制備出多種形貌的高活性鉑基納米結構催化劑，例如核殼、納米粒子、納米線、納米晶體等，與此同時科學家們發現鈀、鎳等金屬可以提高鉑的催化性能，同時可以降低鉑的用量。其中，在各種形貌的金屬納米結構外包裹一薄層鉑元素，生成M@Pt核殼結構催化劑已經成為降低Pt用量和提高Pt利用率的重要手段。早期，科學家們試圖利用非貴金屬做核，制備Pt基核殼結構納米催化劑，例如，Chen Y等人(Journal of Physical Chemistry C,2011,115(115):24073-24079)利用兩步還原法制備出Ni-Pt核殼納米粒子，其催化性能與商業Pt/C相當，大大降低了Pt的用量。隨后，人們發現利用價格較Pt稍低的Pd做核，不僅可以降低Pt的使用量，同時可以提高催化劑的性能，例如，Hui-Hui Li等人(Journal of the American Chemical Society,2015,137(24):7862-7868)利用電化學置換法在Pd納米線外置換出薄Pt納米層，其催化性能是商業Pt/C的數倍之多。隨后，Xin-Yu Liu等人(Sci Rep,2015,5:7619)利用賈凡尼反應制備出了PdNi@Pt核殼納米粒子，不僅可以降低貴金屬的用量，其氧還原反應催化活性對比單純的Ni核催化劑有了進一步的提高。

研究發現，現階段制備出的核殼結構催化劑以粒子或立方體的形貌居多，但是在電化學催化中，超細單晶納米線以其超高的長徑比、超高的比表面積及高電子傳輸速度，使其在各種催化劑形貌中脫穎而出，而現階段核殼結構納米線都是以單元素金屬納米線為核心，限制了核心模板的協同作用，影響了外層金屬鉑的催化活性，且以貴金屬為核心的催化劑成本較高，本專利發明的三元素雙層納米線是以PdNi合金為核心，將核心模板進行了改良，在提高了催化性能的同時降低了貴金屬鈀的用量進而降低了催化劑的成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠降低Pt用量的同時極大提高了催化劑活性的三元素雙層PdNi@Pt納米線的制備方法。本發明主要是利用水熱法制備PdNi合金納米線，然后通過還原劑法在納米線外包裹一層Pt，進而制備出PdNi@Pt一維材料。

本發明的三元素雙層PdNi@Pt納米線是一種在直徑為4.8nm的PdNi合金納米線包裹一層Pt的核殼結構一維納米線。

上述三元素雙層PdNi@Pt納米線的制備方法：