[發(fā)明專利]一種通用的貴金屬基金屬間化合物的液相制備方法

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• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111864218A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魯啟鵬;韓素梅;王安良;曹文斌
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué);山東大學(xué)
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M12/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明公開了一種通用的貴金屬基金屬間化合物的液相制備方法。所述的貴金屬基金屬間化合物由一種貴金屬及一種非貴金屬組成，貴金屬包括鉑和鈀，非貴金屬包括鉍和鉛。所述制備方法為：將金屬鹵化物作為前驅(qū)體與還原劑及反應(yīng)溶劑混合，在油浴中加熱至一定溫度后保溫一段時間，將產(chǎn)物冷卻后離心洗滌，即可得到形貌均一，粒徑小且尺寸分布范圍較小的貴金屬基金屬間化合物納米晶。其中，金屬鹵化物是形成金屬間化合物的關(guān)鍵。該方法制得的貴金屬基金屬間化合物不僅制備方法簡單，且其在醇類燃料電池的電催化反應(yīng)中具有較高的活性和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于直接醇類燃料電池領(lǐng)域，是關(guān)于陽極催化反應(yīng)用的貴金屬基金屬間化合物電催化劑的液相制備方法。

背景技術(shù)

直接醇類燃料電池是一種受到廣泛關(guān)注的新能源技術(shù)，是最接近商業(yè)化應(yīng)用的燃料電池。貴金屬基電催化劑是直接醇類燃料電池陽極氧化反應(yīng)中應(yīng)用廣泛的一類電催化劑。但是由于貴金屬價格昂貴且其使用壽命比較短，導(dǎo)致目前直接醇類燃料電池?zé)o法大規(guī)模商用。因此，研發(fā)低成本、高活性、高穩(wěn)定性的貴金屬基電催化劑是解決該問題的關(guān)鍵。

為了提高貴金屬基催化劑的催化效率并降低催化劑成本，通常將非貴金屬引入貴金屬納米晶體中以形成合金。然而，由于合金中的原子隨機分布，其穩(wěn)定性較差。在酸性或堿性條件下長期循環(huán)后，非貴金屬原子易從固溶體納米晶體中溶出，從而降低其催化性能。制備金屬間化合物是提高貴金屬基催化劑活性及穩(wěn)定性的有效策略。金屬間化合物具有確定的化學(xué)計量比和有序的原子排布，這賦予它們與無序合金不同的理化性質(zhì)。金屬間化合物納米晶的有序結(jié)構(gòu)有助于對催化劑的幾何和電子結(jié)構(gòu)進行預(yù)測及調(diào)控，以優(yōu)化其催化性能。

目前獲得金屬間納米晶體的常規(guī)方法涉及高溫退火處理。然而高溫處理不可避免的會造成顆粒的團聚、熟化以及燒結(jié)等現(xiàn)象，導(dǎo)致無法精確控制材料的尺寸、形貌，致使活性位點銳減，影響催化劑性能；此外，難以通過形貌與表面性質(zhì)調(diào)控進一步優(yōu)化材料的催化性質(zhì)。

通過液相法合成貴金屬基金屬間化合物納米晶可以避免高溫退火的弊端。溶劑分子和封端劑可以降低表面自由能并為無序轉(zhuǎn)變提供更大的驅(qū)動力，因此與高溫退火相比，其反應(yīng)溫度要低得多。由于不同金屬前體的還原電勢存在差異，因此通過控制還原動力學(xué)和原子擴散/交換速率對成核和隨后的晶種生長進行精細控制對于成功制備金屬間納米晶體至關(guān)重要。通過將金屬前體與某些配體(例如胺類)絡(luò)合可以減慢金屬前驅(qū)體的還原速率。然而，考慮到成核和生長過程的復(fù)雜性，所使用的溶劑、封端劑等試劑因金屬間納米晶體的種類不同而不同。因此發(fā)展通用的合成金屬間納米晶體仍然存在挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述困難及不足，提供一種通用的貴金屬基金屬間化合物的液相制備方法。本發(fā)明工藝簡單，反應(yīng)溫度較低，生產(chǎn)周期短，成本低，產(chǎn)物均勻性好，一步合成貴金屬基金屬間化合物納米晶。

本發(fā)明的目的是提供一種通用的貴金屬基金屬間化合物的液相制備方法。

本發(fā)明的上述目的由以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種通用的貴金屬基金屬間化合物的液相制備方法，包括以下步驟：

步驟(1)：將貴金屬鹵化物、非貴金屬鹵化物與還原劑及溶劑混合；

步驟(2)：將(1)中的混合物置于油浴中，升溫至一定溫度后保溫一段時間，將產(chǎn)物取出后冷卻至室溫，多次離心洗滌后分散至甲苯中。

進一步地，步驟(1)中，所述的貴金屬鹵化物為PtBr₂、PdBr₂、PtCl₂和PdCl₂中的一種，所述的非貴金屬鹵化物為BiBr₃、PbBr₂、BiCl₃和PbCl₂中的一種。