[發明專利]一種分層骨架結構的Pt-Ni合金電催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201910792228.1
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110676475A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 沈培康;李石波;田植群
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;B82Y30/00
• 代理公司: 11279 北京中譽威圣知識產權代理有限公司
• 代理人: 李秋琦

本發明提供了一種分層骨架結構的Pt?Ni合金電催化劑及其制備方法，先利用硫酸、鉑鹽、醋酸鎳、十六烷基三甲基氯化銨和溶劑混合加熱制備前驅體溶液，使用過量酸溶液對催化劑酸蝕，再與分散有碳載體反應得到負載的八面體分層骨架結構合金電催化劑，在還原性氣體和惰性氣體氛圍中，對八面體分層骨架結構合金電催化劑進行熱處理，即可得到分層骨架結構的Pt?Ni合金電催化劑。本發明提供的Pt?Ni合金電催化劑具有多孔、比表面積大、原子利用率高、結構穩定性強的特點，通過摻雜進過渡金屬，使得鉑的用量大大降低，降低成本。本發明具有工藝簡單、重復性好、產量高的特征，在質子交換膜燃料電池和直接甲醇燃料電池中具有良好的發展前景。

技術領域

本發明屬于納米技術和燃料電池技術領域，涉及一種分層骨架結構的Pt-Ni合金電催化劑及其制備方法。

背景技術

隨著社會的發展，清潔能源的獲取越來越受到人們的關注,發展清潔、高效、可持續發展的新能源已經成為全世界重點關注的問題。氫質子交換膜燃料電池(PEMFCs)具有能量轉化效率高、生態友好等特點，已成為汽車和電子設備的潛在能源。在PEMFCs工作時，氧還原反應(ORR)過程由于陰極氧化具有較高的還原電位，緩慢的陰極氧還原反應過程已成為燃料電池發展的重要障礙。鉑(Pt)催化劑對ORR具有良好的催化性能，是目前廣為使用的最有效的氧還原劑。然而，Pt的高價格和地球儲量的稀缺性極大地限制了PEMFCs的商業化。因此，研究各種低Pt或非Pt催化劑，獲得高性能的電催化劑，制備高效、廉價的陰極氧還原反應電催化劑是燃料電池實際應用的最關鍵步驟。

近年來，許多研究人員為了改變了Pt的固有活性，通過引入第二種元素誘導形成具有獨特形貌的合金方法，以此來提高Pt的本征活性，從而降低Pt的使用量。目前人們已合成出多種新型Pt基合金結構如Pt₃Co凹面納米立方體、Pt-Cu-Rh非均相納米晶、Pt-Ag空心納米晶、八面體Pt-Ni納米顆粒、多孔空心PtNi/C納米結構等。這些不同幾何形狀和組成的催化劑不僅改變了貴金屬Pt的電子結構，而且增加了氧吸附的活性位點，使ORR與純Pt相比有了明顯的改善。如凹面PtCu₂八角菱形十二面體催化劑，與Pt/C催化劑相比，該催化劑具有良好的電催化性能。雖然納米框架結構具有比表面積大、原子利用率高等顯著優點，但由于這些框架為空心結構，內部十分脆弱，極易在電解質中坍塌，造成結構損傷。因此，如何更好地利用納米框架結構，是巨大的挑戰。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種分層骨架結構的Pt-Ni合金電催化劑及其制備方法，本發明的Pt-Ni合金電催化劑彌補了框架結構的缺點、充分展現粒子的利用率，制備該Pt-Ni合金電催化劑的方法簡單、產率高。

技術方案如下：

(1)利用硫酸、鉑鹽、醋酸鎳、十六烷基三甲基氯化銨和溶劑混合加熱制備前驅體溶液；

(2)對前驅體溶液離心、清洗得到催化劑，再使用過量酸溶液對催化劑酸蝕得到具有分層骨架結構的八面體催化劑；

(3)離心收集具有分層骨架結構的八面體催化劑，干燥之后滴入氯仿制得納米顆粒的氯仿溶液，再與分散有碳載體的氯仿溶液混合反應得到負載的八面體分層骨架結構合金電催化劑；

(4)在還原性氣體和惰性氣體氛圍中，對步驟(3)中的八面體分層骨架結構合金電催化劑進行熱處理，即可得到本發明的Pt-Ni合金電催化劑。

其中，步驟(1)中的溶劑為油胺；

其中，步驟(1)中的鉑鹽為乙酰丙酮鉑、氯鉑酸中的一種或兩種；

其中，步驟(1)中各原料的用量為：2ml的0.1M硫酸溶液，摩爾比為1：2：23的鉑鹽、醋酸鎳和十六烷基三甲基氯化銨，10～15ml溶劑；