[發明專利]層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金的合成及應用

有效

• 申請號: 202010523420.3
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111617774B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 袁強;謝子璇;陳銳
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: C25B11/089
• 分類號: C25B11/089;C25B1/02;B82Y40/00;B82Y30/00;B22F9/24;B22F1/054
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 劉艷

本發明公開了層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金的合成及應用，其特征在于：所述的層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金形貌新穎，尺寸均一，是由42~62 nm的四元鉑鐵銠釕納米合金單體組裝而成的層級結構，其在堿性析氫反應中，在電壓為?0.07 V處的質量活性是4.44 A mg_pt^?1，比活性是11.33mA cm^?2，分別是商業碳載鉑的6.16倍與11.9倍。穩定性測試中，層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金電流密度保持在10 mA cm^?2處20 h后，質量活性與初始相比只掉了5%，而商業碳載鉑則掉了44%。

技術領域

本發明涉及一種用于析氫反應的高性能陰極電催化劑及合成方法，具體涉及層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金的合成及應用。

背景技術

氫經濟體系以氫氣作為能量載體，是一種可再生的清潔的能源。催化劑是加速這些反應進程的關鍵部件，而合成和設計優良的電催化劑則是實現這個體系的首要任務。鉑是目前最好的使氫氣析出的催化劑，但是鉑的昂貴價格阻礙了其大規模應用，因此如何提高鉑的催化活性和降低金屬鉑的用量就成了此領域面臨的問題。為克服上述問題，可加入其他的金屬，與鉑形成合金以提高催化劑的活性和穩定性。本發明使用溶劑熱法，成功地合成了由枝晶狀四元鉑鐵銠釕組裝的層級結構四元鉑鐵銠釕納米合金，增強了催化劑的析氫反應催化性能，同時也提高了穩定性，目前尚未有文獻報道用此種方法合成層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：在有機溶劑中制備層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金，該種催化劑合成方法簡單易重復，形貌尺寸均一，在堿性析氫反應中具有優異的催化性能和穩定性。

本發明的技術方案是：層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金的合成及應用，所述的層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金形貌新穎，尺寸均一，是由42~62 nm的納米合金組裝而成的層級結構；其中銠含量為9.2~10.2%，釕含量為2.7~3.7%。

層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金的合成及應用，包括如下步驟： (1)表面活性劑，與鉑鹽、鐵鹽、銠鹽、釕鹽四種金屬鹽一起加入有機溶劑辛胺中，室溫下攪拌10~15分鐘，超聲10~15分鐘，至金屬鹽完全溶解；(2) 向步驟 (1) 所得混合溶液中加入抗壞血酸，用量在10~20 mg，室溫下攪拌；(3) 將步驟 (2) 所得混合溶液轉移至高壓反應釜中反應6～12小時，溫度控制在150～200℃；(4) 將步驟 (3) 所得產物冷卻后進行洗滌，離心分離后即得層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金，并將樣品分散保存在乙醇中。

步驟(1)中所述的鉑鹽為氯鉑酸，鐵鹽為乙酰丙酮鐵，銠鹽為氯化銠，釕鹽為氯化釕。

所述的金屬鹽用量在0.03mmol~0.06mmol，所述的鉑鹽、鐵鹽、銠鹽、釕鹽前驅體的比例為25：8：3：7~25：8：7：3

所述的辛胺所加體積為6~10 mL。

所述的層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金做為陰極電催化劑對堿性析氫反應的應用。

本發明的有益效果：本發明控制合成的層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金目前在文獻中尚未發現。該合金晶體結構新穎，催化性能優異，穩定性良好，其在堿性析氫反應中，在電壓為-0.07 V處的質量活性是4.44 A mg_pt^-1，比活性是11.33 mA cm^-2，分別是商業碳載鉑的6.16倍與11.9倍。穩定性測試中，層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金電流密度保持在10 mA cm^-2處20 h后，質量活性與初始相比只掉了5%，而商業碳載鉑則掉了44%。

由該方法可以控制合成層級結構的四元鉑鐵銠釕納米合金的產物形貌。該合金晶體結構新穎，是由42~62nm的納米合金組裝而成的層級結構。催化性能優異，穩定性良好，具有取代目前商業鉑黑或碳載鉑黑催化劑的可能。

附圖說明