[發明專利]一種單分散鉑系高熵合金納米顆粒催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 202010055321.7
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111111693B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 魏子棟;張文靜;毛占鑫;李靜;宋樂樂;毛清蓉;孫德恩
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J35/10
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 鄭雪紅

本發明涉及材料化學技術領域，具體公開了一種單分散鉑系高熵合金納米顆粒催化劑的制備方法，包括二氧化硅光子晶體模板制備和碳前驅體溶液的制備，將鉑前驅體和不少于四種其他金屬前驅體溶解于THF和CHCl₃中得混合溶液；將嵌段共聚物F127、碳前驅體溶液和原硅酸四乙酯混合后，和質子酸溶液分別加入混合溶液中，攪拌得透明溶液；將透明溶液加入到二氧化硅光子晶體模板中，干燥后升溫固化得紫褐色固體；將紫褐色固體煅燒，得灰色固體；將灰色固體采用強堿或強酸刻蝕，后過濾干燥。采用本專利中的制備方法得到具備粒徑可控、分散性良好和性能優良等優點的單分散鉑系高熵合金納米顆粒催化劑。

技術領域

本發明涉及材料化學技術領域，特別涉及一種單分散鉑系高熵合金納米顆粒催化劑的制備方法。

背景技術

質子交換膜燃料電池(PEMFC)由于其高的能量密度和環境友好性而受到廣泛關注。目前，燃料電池在應用過程中成本一直居高不下，其原因在于陰極氧還原反應(ORR)需要大量的Pt貴金屬催化劑來加速反應進程，因此降低Pt的用量，提高Pt的利用率是解決這一問題的最好的方案。為了實現這一目標，一方面將Pt以納米級顆粒的形式高度分散在碳載體上來提高Pt的利用率，另一方面將Pt的一部分替換為其他金屬(M)制備各種Pt基合金可以有效降低Pt負載量是目前應用較為普遍的兩種方法。

Pt基合金納米顆粒由于改變了Pt的電子結構、幾何構型以及d帶中心，從而有效改善了催化劑的催化活性和抗中毒能力，另外高熵合金由于其獨特的性能被廣泛應用。有文獻報道采用機械球磨的方法首次實現了將高熵合金負載于石墨烯上，合成了固定在石墨烯上的直徑為9nm的CoCrCuFeNi高熵合金納米顆粒，但采用球磨的方式合成的高熵合金顆粒大小不均勻，元素分布沒有達到元素的目標化學分布。

而另有文獻報道了采用2000K的高溫還原金屬前驅體鹽溶液，并以快速退火制備了直徑為10nm的PtPdNiAuFeCoCuSn高熵合金納米顆粒，采用這種方法合成的高熵合金元素分散均勻，粒徑分布統一，但是合成溫度過高，只能產生固定在導電的、表面氧化的碳載體材料上納米顆粒。因此本申請針對上述兩種制備方法的問題提供了一種具有制備方法簡單、成本較低、粒徑可控、分散性良好、Pt利用率高等優點的高熵合金納米顆粒催化劑制備方法。

發明內容

本發明提供了一種具有制備方法簡單、成本較低、粒徑可控、分散性良好、Pt利用率高等優點的單分散鉑系高熵合金納米顆粒催化劑的制備方法。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種單分散鉑系高熵合金納米顆粒催化劑的制備方法，包括二氧化硅光子晶體模板制備和碳前驅體溶液的制備，包括以下步驟：

步驟1：將鉑前驅體和不少于四種其他金屬前驅體溶解于THF和CHCl₃中得混合溶液；

步驟2：準備質量比為1:(1～5):(0.5～6)的嵌段共聚物F127、碳前驅體溶液和原硅酸四乙酯，和物質的量為0～15mmol的質子酸溶液，依次加入步驟1得到的混合溶液中，攪拌得透明溶液；

步驟3：將步驟2得到的透明溶液加入到二氧化硅光子晶體模板中，干燥后升溫固化得紫褐色固體；

步驟4：將步驟3中的紫褐色固體在600～800℃下煅燒，得灰色固體；

步驟5：將步驟4得到的灰色固體采用強堿或強酸刻蝕，后過濾干燥得單分散鉑系高熵合金納米顆粒催化劑。

本技術方案的技術原理和效果在于：