[發明專利]Pd-Pt合金超立方體復合納米材料、其制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202010122162.8
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111430736A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 陳勝;蘇虹陽;李洪良;曾杰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 付麗

本發明提供了一種Pd?Pt合金超立方體復合納米材料，由活性炭和負載在所述活性炭上的Pd?Pt合金超立方體框架結構納米晶組成，所述Pd?Pt合金超立方體框架結構納米晶中的Pd和Pt均勻分布于所述超立方體框架中。本申請還提供了Pd?Pt合金超立方體復合納米材料的制備方法及應用。本申請構建了一種Pd?Pt合金超立方體復合材料，既實現了異相結構，使催化劑易于從反應體系中分離收集重復利用；又能夠基于超立方體框架結構具有高比表面積和較強的框架之間相互關聯作用，以及Pd和Pt之間的金屬合金協同作用，使所得Pd?Pt合金超立方體復合材料在催化電化學氧氣還原反應中具有很高的催化活性和穩定性。

技術領域

本發明涉及貴金屬納米顆粒合成、能源、催化的相關技術領域，尤其涉及一種Pd-Pt合金超立方體復合納米材料、其制備方法及其應用。

背景技術

隨著全球經濟的發展，人類對能源的需求與日俱增。化石能源是人類目前主要的能源來源，而大量化石能源的使用，造成了能源短缺問題及一系列的環境問題。因此，開發清潔能源刻不容緩。

近年來，質子交換膜燃料電池受到各國科學家們的廣泛關注。該種電池是一種可以直接將化學能轉化為電能的發電裝置，具有功率密度大、能量轉化效率高、綠色環保以及結構簡單等優點；其常用的陰極氧還原催化劑為碳載鉑，其中金屬鉑的催化活性相對較高，但是碳載鉑的穩定性有待提高，因此陰極氧還原催化劑限制了質子交換膜燃料電池的發展。經對現有相關材料的檢索發現，設計催化劑結構及金屬摻雜能顯著提高催化劑的穩定性和催化性能。

Pt基催化劑因高效的性能而常被應用于質子交換膜燃料電池和其他工業反應中。但Pt金屬價格高昂，催化穩定性不足；同時電化學氧還原反應較慢的反應動力學限制了燃料電池的大規模商用。研究人員嘗試引入其他元素例如Pd來提高催化劑活性并降低成本。除了元素組分之外，催化劑的幾何結構及元素分布也極大影響其反應活性。因此，提供了一種催化活性高的Pt基催化劑具有重要意義。

發明內容

本發明解決的技術問題在于在于提供一種Pd-Pt合金超立方體復合納米材料，該復合材料用于電化學氧氣還原具有催化性能好的特點。

有鑒于此，本申請提供了一種Pd-Pt合金超立方體復合納米材料，由活性炭和負載在所述活性炭上的Pd-Pt合金超立方體框架結構納米晶組成，所述Pd-Pt合金超立方體框架結構納米晶中的Pd和Pt均勻分布于所述超立方體框架中。

優選的，所述Pd-Pt合金超立方體框架結構納米晶的負載質量為15％～25％。

優選的，所述Pd-Pt合金超立方體框架結構納米晶的平均粒徑為8～12nm，外圍12條棱的棱長為8～12nm，每條棱的直徑為1～3nm，中間小立方體的邊長為1～5nm，連接中心小立方體和外圍棱的斜棱直徑為1～3nm。

本申請還提供了所述的Pd-Pt合金超立方體復合納米材料的制備方法，包括以下步驟：

將聚乙烯吡咯烷酮溶液、碘化鉀水溶液、甲醛水溶液、鈀源水溶液和鉑源水溶液混合，得到溶液A；

將所述溶液A加熱，反應后得到溶液B；

將所述溶液B在含有氧氣的氛圍中進行氧化，得到溶液C；

將所述溶液C離心、洗滌、分散，得到溶液D，將所述溶液D分散于活性炭上，干燥后得到Pd-Pt合金超立方體復合納米材料。

優選的，所述鈀源水溶液為H₂PdCl₄水溶液，所述鉑源水溶液為H₂PtCl₆水溶液。