一种用氨等离子体制备碳纳米管铂钯合金复合纳米材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种用磁增强氨等离子体制备碳纳米管铂钯合金复合材料的方法，将碳纳米管与氯铂酸和氯化钯溶液在烧杯中混合，混合物在烘箱中烘干后至于磁增强等离子体放电装置中处理，通入气体为氨气，处理时间为30‑35分钟，放电完毕后，将反应产物用去离子水或有机溶剂充分洗涤、过滤，干燥，制得碳纳米管铂钯合金纳米复合材料。该方法极大的提高了等离子体中的电子密度提高了等离子体的还原效果，使用氨气在碳纳米管上嫁接含氮官能团提高了催化剂的催化效果，提高了抗中毒性能，也可应用于催化剂的制备及其他功能纳米材料的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种用氨等离子体制备碳纳米管铂钯合金复合纳米材料的方法
本专利技术涉及一种催化剂的制备方法领域，尤其涉及一种用氨等离子体制备碳纳米管铂钯合金复合纳米材料的方法。
技术介绍
纵观人类历史，文明的进步就是能源输出强度的进步。随着18世纪以来的数次工业革命，人类已经成功的用化石能源代替了以人畜力、木柴为主的原始能源。目前全球能源结构为化石能源87%，核能4%，水电7%，新能源2%，新能源呈现出蓬勃发展的势头。人类能源已经到了再次大变革的前夜，以燃料电池为主导的氢能源或将成为主导未来的重要新能源之一。对于已有的燃料电池催化剂，主要存在的问题是用纯铂带来的高昂制作成本。因此，大量研究旨在减少铂的用量以达到降低成本的目的。我们选择碳纳米管作为催化剂的基底正式基于此种考虑。相对于已经在商业中使用的石墨基底，碳纳米管具有更好的导电性，更大的比表面积，以及相对低廉的价格。而作为表面复合物的铂、钯为同族元素，具有类似的物理化学性能，而钯金的价格远低于铂，因此是我们的首选合金元素。对于等离子体的工作气体，一般还原过程选择的是氩气，等惰性气体。这些气体不会引入杂质，污染反应材料。不过我们选择氨气作为反应气体，因为它可以在碳纳米管表面形成含氮官能团，有助于燃料电池催化剂的性能提升。目前，制备复合纳米材料的方法有很多，我们选择磁场增强等离子体技术的原因是：相对于传统等离子体还原技术，磁增强等离子体技术可以提供更大的电子密度有助于增强等离子体还原速率。相对于化学法，磁增强等离子体技术绝不会引入杂质粒子，导致催化剂抗中毒性的下降。相对于电化学法、高温法和激光法，磁增强等离子体技术步骤简单易行。因此该技术可以用于燃料电池催化剂材料的制备，在其他纳米材料的制备上也有非常广阔的前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于增强等离子体法对材料的还原效率并降低燃料电池催化剂的合成成本，为此提供一种不仅能有效提高等离子体的还原效率，还能引入提升催化效能的官能团，提高催化剂效率的用氨等离子体制备碳纳米管铂钯合金复合纳米材料的方法。为了实现上述目的本专利技术采用如下技术方案：一种用氨等离子体制备碳纳米管铂钯合金复合纳米材料的方法,其特征在于：包括以下步骤：A、将45-55mg碳纳米管粉末与1-2ml的1-1.3mol/L氯铂酸及0.8-1ml的1.4-1.6ml/L氯化钯混合溶液在容量瓶中混匀，加入100ml去离子水混合加热搅拌，加热温度为53-55℃，所得混合物在53-63℃烘箱内烘干得粉末；B、将粉末置于磁增强等离子体发生装置腔体内，将氨等离子体流作用于粉末表面30-35分钟，后将反应后粉末用去离子水或有机溶剂清洗、过滤、干燥制得碳纳米管铂钯合金复合纳米材料。所述的一种用氨等离子体制备碳纳米管铂钯合金复合纳米材料的方法，其特征在于：步骤B具体为：将粉末置于磁增强等离子体放电装置中处理，通入气体为氨气，气压为4.5-5.5Pa，放电功率在90-110W，加装电磁铁增强，调节轴向磁场为800-900G,处理时间为30-35分钟，放电完毕后，将反应产物用去离子水或有机溶剂充分洗涤、过滤，干燥，制得碳纳米管铂钯合金纳米复合材料。步骤B所叙述磁增强等离子体发生装置采用的电磁铁边沿磁场大小为800-900G，感应线圈置于电磁铁上部加95-98W交流电，放置样品的腔体内通入高纯氨气至5Pa，产生氨等离子体流。本专利技术的有益效果：1、该方法不仅能有效制备分布均匀的碳纳米管铂钯复合金合材料以代替传统铂催化剂，还能使制备时间大为缩短，过程大为简化，电化学测试表明，所得材料具有良好的电催化性能和甲醇电催化氧化性能；2、氨等离子体具有还原性，可以对碳纳米管表面的含氧官能团进行还原，同时还可以使氯铂酸（H2PtCl6），氯化钯（PdCl2）中的铂，钯还原，在碳纳米管表面形成铂钯合金材料。氨等离子体还可以在碳纳米管表面形成含氮官能团，提高催化剂的效率。3、磁场的增强可以大大减小由于高功率带来的温度对碳纳米管的影响，也可以在低功率下得到更大的电子密度，提高还原效率；该方法极大的提高了等离子体中的电子密度提高了等离子体的还原效果，使用氨气在碳纳米管上嫁接含氮官能团提高了催化剂的催化效果，提高了抗中毒性能，也可应用于催化剂的制备及其他功能纳米材料的制备。附图说明图1是本专利技术所用到装置图；NH3氨electromagne电磁铁Dischargechamber放电室CNTs碳纳米管H2PtCl6氯铂酸Totailgasabsorber尾气吸收器Plasmadischargedevice等离子体放电装置Vacuometer真空计Vacuumpump真空泵；图2是所制得材料的TEM表征；图3是所制得材料的EDS扫描；图4是所制得材料的XPS表征；Bindingenergy结合能、Intensity(a.u.)强度、Pt:铂Pd:钯C：碳O：氧；图5是所制得材料的XRD表征；2theta/degree：衍射角度Intensity(a.u.):衍射强度C：碳Pt:铂；图6是所制得材料的有效电化学活性面积表征；图7是所制得材料对甲醇催化氧化的电化学性能测试。图8是装置使用探针测量等离子体电子密度的测试；Ne(1010/cm3)：电子密度Power：等离子体放电功率Without：没有加磁场900G：轴向磁场强度900G。具体实施方式、一种用磁场增强氨等离子体制备碳纳米管铂钯合金复合材料的方法，包括以下步骤：A、将50mg的碳纳米管放入烧杯中，然后同时加入1ml的1mol.L-1的氯铂酸和1ml的1mol.L-1的氯化钯溶液，所得的混合物置于烘箱中60°C烘干，得烘干的粉末；B、将烘干后的粉末置于磁增强等离子体装置中（见图1），容器套有感应线圈，线圈连接一个交流电源，该电源能够产生电感耦合等离子体源，线圈下方放置可变磁场的电磁铁。往容器中先通入氨气，赶走空气，然后打开真空泵抽真空至5Pa，打开电磁体，调节轴向磁场强度为900G,此时打开交流电源产生氨等离子体，将该等离子体流直接作用在烘干的粉末的表面30分钟，放电完毕后，将反应产物用去离子水或有机溶剂充分洗涤、过滤，60°C干燥，制得碳纳米管铂钯合金复合材料。所制的的复合材料的投射电镜照片见图2，电镜表征表明，Pt、Pd合金颗粒均匀的分散在碳纳米管的表面。能谱扫描见图3，表明在微小区域范围内Pt、Pd元素同时存在XPS能谱（图4）显示，复合材料含有Pt、Pd、C、O等元素。XRD分析（图5）表明，Pt-Pd合金在碳纳米管表面成面心立方。电镜分析证实了该方法成功的将Pt-Pd合金沉积在了碳纳米管表面。取5µL0.1g/L的Pt-Pd/CNTs悬浮液涂到玻碳电极表面晾干。用三电极体系，在氮气饱和的1.0MH2SO4溶液中50mV/s进行循环伏安扫描。结果表明，Pt-Pd/CNTs的电化学活性面积为54.67m2/g，具有很好的电催化活性（图7）。该电极在1MCH3OH+0.5MH2SO4中50mV/s进行循环伏安扫描，结果表明，Pt-Pd/CNTs能有效降低甲醇的氧化过电位，对甲醇氧化有很好的电催化活性。使用朗谬探针对等离子体电子密度的测试见图（8），表明磁场显著增加了等离子体中的电子密度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用氨等离子体制备碳纳米管铂钯合金复合纳米材料的方法,其特征在于：包括以下步骤：A、将45‑55mg碳纳米管粉末与1‑2ml的1‑1.3mol/L氯铂酸及0.8‑1ml的1.4‑1.6ml/L氯化钯混合溶液在容量瓶中混匀，加入100ml去离子水混合加热搅拌，加热温度为53‑55℃，所得混合物在53‑63℃烘箱内烘干得粉末；B、将粉末置于磁增强等离子体发生装置腔体内，将氨等离子体流作用于粉末表面30‑35分钟，后将反应后粉末用去离子水或有机溶剂清洗、过滤、干燥制得碳纳米管铂钯合金复合纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种用氨等离子体制备碳纳米管铂钯合金复合纳米材料的方法,其特征在于：包括以下步骤：A、将45-55mg碳纳米管粉末与1-2ml的1-1.3mol/L氯铂酸及0.8-1ml的1.4-1.6ml/L氯化钯混合溶液在容量瓶中混匀，加入100ml去离子水混合加热搅拌，加热温度为53-55℃，所得混合物在53-63℃烘箱内烘干得粉末；B、将粉末置于磁增强等离子体发生装置腔体内，将氨等离子体流作用于粉末表面30-35分钟，后将反应后粉末用去离子水或...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奇，宋晔，孟月东，陈俊凌，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34