[發明專利]單分散、壁厚精確可控的富Pt納米籠材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810935758.2
• 申請日: 2018-08-16
• 公開（公告）號: CN109256568B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 尹峰;張亞峰;楊智博;秦娟
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安佩騰特知識產權代理事務所(普通合伙) 61226
• 代理人: 曹宇飛

本發明提供的一種單分散、壁厚精確可控的富Pt納米籠材料及其制備方法與應用，該富Pt納米籠材料的Pt壁厚尺寸每增加約0.7nm對應Pt壁單層層數增加3層，采用一鍋溶劑熱法和酸刻處理法聯合合成具有高分散性和高均勻性的富Pt納米籠材料，制備過程簡單，條件溫和，具有擴展性、反應周期短、效率高、復現性好、工業化應用前景廣闊，此外，本發明還首次提出了通過控制反應溫度實現單分散、壁厚精確可控，進而實現不同應用環境不同需求適應性控制富Pt納米籠材料的壁厚，其催化活性和穩定性遠優于商業Pt/C催化劑。

技術領域

本發明涉及燃料電池材料領域，尤其涉及一種單分散、壁厚精確可控的富Pt納米籠材料及其制備方法與應用。

背景技術

現如今，傳統能源伴隨世界經濟蓬勃發展的同時，相應的環境污染和能源危機也潛在地破壞著地球的生態環境。因此，尋找可替代傳統能源的新型能源是21世紀經濟和工業發展亟待解決的問題。燃料電池因其能量轉化效率高，噪音低等優點而備受廣大研究者的關注。

盡管燃料電池是一種新型能源轉換技術，但是其商業化應用方面仍然面臨著巨大挑戰，這主要是由于陰極氧還原反應(ORR)仍然需要大量的貴金屬Pt催化劑。為了減少Pt用量、提高催化性能和穩定性，富Pt納米籠電催化劑備受關注，其特點為：1、減少Pt的用量；2、更大的比表面積；3、更多的三維可接觸表面；4、更高的Pt原子利用率。

到目前為止，幾種制備富Pt納米籠的方法已經報道。Xia's group首先利用Pd種子協助生長法制備了一系列由{100}_Pt或{111}_Pt晶面圍成的Pd@Pt納米顆粒，然后經過酸刻處理，制備了具有確定Pt壁厚的富Pt納米籠。另外，Li's group也利用Pd種子協助生長法制備了由{111}_Pt晶面圍成的Pd@Pt納米顆粒，然后經過酸刻處理，制備了具有確定Pt壁厚的富Pt納米籠。雖然這種方法具有制備確定Pt壁厚的優點，但是該方法仍然存在過程繁瑣、產量少、不能精確調控Pt壁厚、不利于批量化制備等缺點。

然而，一鍋溶劑熱法因其簡單易行、經濟有效、有利于批量制備等優點引起了廣大研究者的興趣。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種單分散、壁厚精確可控的富Pt納米籠材料，其具有高分散性和高均勻性、高催化活性，且壁厚精確可控。

同時本發明還提供了一種利用上述單分散、壁厚精確可控的富Pt納米籠材料制成的負載型單分散、壁厚精確可控的富Pt納米籠電催化劑。

本發明所采用的技術方案是：

一種單分散、壁厚精確可控的富Pt納米籠材料，所述富Pt納米籠材料的Pt壁層數n為5.3～13.9；壁厚分布范圍為1.22nm～3.20nm，且可精確控制。

進一步限定，所述富Pt納米籠材料的粒徑范圍為15.6nm～20.8nm。

進一步限定，所述富Pt納米籠材料的Pt壁厚度與Pt單層的層數在一定條件下呈正比。

進一步限定，在一定原料配比范圍內，所述富Pt納米籠材料的壁厚每增加約0.7nm，相應Pt單層的層數增加3層。

一種負載型單分散、壁厚精確可控的富Pt納米籠電催化劑，所述負載型單分散、壁厚精確可控的富Pt納米籠電催化劑包括載體和負載在載體上的活性組分，所述活性組分為權利要求1所述單分散、壁厚精確可控的富Pt納米籠材料。

進一步限定，所述活性組分所占催化劑總質量的百分比為5％～10％。

進一步限定，所述負載型單分散、壁厚精確可控的富Pt納米籠電催化劑催化氧氣還原反應的最高質量活性為1.17A/mg_Pt、且最高面積比活性為4.17mA/cm²。