[發明專利]一種Pt@Ag中空結構納米顆粒電催化劑及制備與應用

有效

• 申請號: 201810447787.4
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108714421B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 申益;葛模燕;周詠芳
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J23/50
• 分類號: B01J23/50;B01J27/13;B01J35/00;B01J35/02;B01J37/00;B01J37/16;C25B3/23;C25B3/07;C25B11/097
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅嘯秋

本發明屬于電催化材料領域，公開了一種Pt@Ag中空結構納米顆粒電催化劑及制備與應用。將銀氨溶液、CTAB溶液和葡萄糖溶液加入到反應器中，升溫至40～160℃反應2～12h，得到Ag種子溶液；將PVP與檸檬酸溶于去離子水中，得到混合液，然后加入Ag種子溶液，升溫至40～100℃后加入H₂PtCl₄溶液保溫反應2～12h，冷卻至室溫，將所得固體分散在氨水中，浸泡反應2～6h，離心洗滌干燥，得到所述Pt@Ag中空結構納米顆粒電催化劑。本發明所得Pt@Ag中空結構納米顆粒電催化劑具有高比表面積、低密度、低成本和表面滲透性等優點，具有更好的催化性能，解決了目前電催化劑面臨的高成本、低活性問題。

技術領域

本發明屬于電催化材料領域，具體涉及一種Pt@Ag中空結構納米顆粒電催化劑及制備與應用。

背景技術

甘油廣泛應用于食品、醫藥、化妝品及其他化工領域。在生物柴油工業快速發展前，全球的甘油產出和消耗基本維持平衡。隨著生物柴油工業的蓬勃發展，甘油的產能出現過剩，充分開發該可再生資源的新用途是亟待解決的問題。油作為一種“被浪費的資源”，利用生物催化和生物轉化技術可充分拓展其應用領域，但應用研究過程中也面臨一些問題，如高效生物催化劑的挖掘。

近年來，甘油選擇性氧化成果不斷地見于報道，主要有釕、鉬、鎢、鈷、鉻、錳、金、鈀、鉑等催化體系。過渡金屬具有廉價、活性高和制備方便等優點，成功應用于許多化工催化反應，但是，過渡金屬的種類和用量決定催化活性和產物選擇性，且載體的穩定性和耐熱性也是影響反應活性的重要因素之一，而貴金屬催化劑雖然價格昂貴，但因其不可替代的高催化活性，一直是人們研究的熱點。特殊形態的納米級材料，特別是具有特殊形狀的貴金屬納米粒子，因其高的催化活性和高的選擇引起了包括燃料電池、工業催化等領域研究者的高度重視。然而，純貴金屬催化劑具有一些不可忽視的缺點，例如成本高、資源有限、利用效率低等，這些導致電極的活性、穩定性、成本等均無法滿足生產要求，極大地限制了其實際應用。因此，為了提高貴金屬催化劑的催化活性和穩定性、減少用量以及延長其使用壽命，以Pt為殼、以Ag為核形成Ag@Pt核殼結構納米粒子，不但能夠在保證Pt比表面積的同時減少Pt的用量，同時還能改善Pt的電催化活性。但這種方法依然存在一些問題，例如在對甘油進行電催化氧化的過程中，由于Pt@Ag粒子失效而導致其催化性能下降。

發明內容

針對以上現有技術存在的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種Pt@Ag中空結構納米顆粒電催化劑的制備方法。本發明方法以銀氨溶液為前驅體，葡萄糖為還原劑，十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為結構導向劑預先制備特定結構的Ag納米顆粒，再以H₂PtCl₄為Pt源，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為結構導向劑，檸檬酸作為還原劑，通過置換反應合成一種中空型Pt@Ag納米顆粒。

本發明的另一目的在于提供一種通過上述方法制備得到的Pt@Ag中空結構納米顆粒電催化劑。

本發明的再一目的在于提供上述Pt@Ag中空結構納米顆粒電催化劑在甘油電催化氧化中的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：

一種Pt@Ag中空結構納米顆粒電催化劑的制備方法，包括如下制備步驟：

(1)Ag種子的制備：將銀氨溶液、CTAB溶液和葡萄糖溶液加入到反應器中，升溫至40～160℃反應2～12h，得到Ag種子溶液；

(2)Pt@Ag納米顆粒的制備：將PVP與檸檬酸溶于去離子水中，得到混合液，然后加入步驟(1)的Ag種子溶液，升溫至40～100℃后加入H₂PtCl₄溶液保溫反應2～12h，冷卻至室溫，將所得固體分散在氨水中，浸泡反應2～6h，離心洗滌干燥，得到所述Pt@Ag中空結構納米顆粒電催化劑。

優選地，步驟(1)中所述銀氨溶液的濃度為10mM，CTAB溶液的濃度為50mM，葡萄糖溶液的濃度為1mM。