[發明專利]一種搖鈴狀介孔鉑氧還原電催化劑及制備方法

在審

• 申請號: 201811226803.3
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109395718A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 王鴻靜;尹淑麗;王自強;許友;薛海榮;王亮
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J35/00;B01J35/08;B01J37/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種搖鈴狀介孔鉑氧還原電催化劑及制備方法，用抗壞血酸還原氯鉑酸來制備鉑納米顆粒；得到鉑@二氧化硅前驅體；用3?氨丙基三甲氧基硅烷將將鉑@二氧化硅前驅體進行氨基化處理；然后稱取1～10mg的氨基化處理的鉑@二氧化硅前驅體與1～10mL的亞鉑酸鉀溶液和10～50mg的F127混合，隨后加入1～10mL的抗壞血酸溶液，在20～50℃超聲反應1～5小時，反應結束后洗滌離心獲得鉑@二氧化硅@介孔鉑結構的產物，將產物溶于10～50mL氫氟酸溶液中，刻蝕掉二氧化硅層；洗滌、離心得到最終產物搖鈴狀介孔鉑。本發明制備工藝靈活，在常溫常壓下，制得的材料具有優異的電催化氧還原性能。

(一)技術領域

本發明涉及一種搖鈴狀介孔鉑氧還原電催化劑及制備方法，該催化劑可用于電催化氧還原反應的研究。

(二)背景技術

在燃料電池中，鉑基納米結構對陽極氧化反應(如甲醇氧化反應)和陰極還原反應(如氧還原反應)具有很高的催化活性。然而，高昂的價格阻礙了鉑基材料的廣泛應用。另外，在催化過程中，鉑基催化劑容易團聚、中毒，導致活性位點減少，穩定性變差。為解決這一問題，研究者們進行了很多努力。控制鉑基催化劑的納米結構是提高其利用率和穩定性的有效方法之一。

目前大量的鉑基納米結構已被制備，其中納米顆粒、空心納米結構和多孔納米結構是三種典型的納米結構。納米顆粒能很好地提高催化劑的利用率，但是團聚問題嚴重。即使鉑基納米顆粒分散在碳載體上也容易經受腐蝕并脫落。空心納米結構內部具有空穴，能有效地減少鉑基催化劑的載量，它主要是通過置換反應和選擇性刻蝕法獲得(Liang Wang,Yusuke Yamauchi.Metallic nanocages:synthesis of bimetallic Pt-Pd hollownanoparticles with dendritic shells by selective chemical etching,J.Am.Chem.Soc.2013,135,16762-16765；Dong Sheng He,Daping He,Jing Wang,Yue Lin,Peiqun Yin,Xun Hong,Yuen Wu,Yadong Li,Ultrathin Icosahedral Pt-EnrichedNanocage with Excellent Oxygen Reduction ReactionActivity.J.Am.Chem.Soc.2016,138,1494-1497)。大部分鉑基空心納米結構的表面是緊致的和無孔的，它們的外表面可接觸到反應分子，但是反應分子很難到達內部并發生反應。相對于致密的材料，多孔納米結構材料的密度低，展現了優越的結構優勢。自支撐的多孔納米結構能提供充分的可接觸表面積，它們通常通過刻蝕法、置換法和硬模板法獲得。通過靈活的方法獲得一種具有規則多孔結構的納米材料仍然是非常渴望的。

綜上所述，結合納米顆粒、空心納米結構和多孔納米結構的優勢來制備鉑基納米材料是非常有價值的且具有很高前景的方法，這能很大程度上提高鉑基催化劑的利用效率和催化活性。據報道，搖鈴狀鉑基納米材料可以通過將銀從鉑@銀@金屬材料中選擇性刻蝕得到，但是這種搖鈴狀的多孔結構的殼層缺乏多孔性，并且粒徑很不均勻(Hui Liu,Jianglan Qu,Yunfa Chen,Jianqiang Li,Feng Ye,Jim Yang Lee,and Jun Yang.Hollowand Cage-Bell Structured Nanomaterials of Noble Metals.J.Am.Chem.Soc.2012,134,11602-11610)。因此需要開發一種新的方法來設計粒徑均勻、搖鈴狀介孔納米結構，能很好地增強鉑基催化劑的催化性能。

(三)發明內容

本發明目的是提供一種搖鈴狀介孔鉑氧還原電催化劑及制備方法，以及對電催化氧還原反應進行研究。

本發明采用的技術方案是：

一種搖鈴狀介孔鉑氧還原電催化劑，由如下方法制備：