一种铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂及其制备方法技术

一种铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂，由如下方法制备：将1～100mg之间的F127和0.5～4.0mL浓度为20mM的氯铂酸钾、0.5～4.0mL浓度为20mM的氯钯酸钠、0.5～4.0mL浓度为20mM的氯化镍、0.1～0.4mL的浓度为6M的盐酸在超声条件下混合均匀；加入2mL浓度为0.1M的抗坏血酸溶液，混合溶液在95℃油浴下静置0.5～8个小时，最后的产物用水和乙醇循环离心洗涤三次，并在室温条件下干燥备用；将上述干燥后的产物重新分散到过量的浓硝酸溶液中，室温条件下搅拌三天，反应结束后经洗涤、离心、干燥，得到铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂。本发明专利技术制得的材料具有优异的电化学氧还原性能。

A Pt Pd Ni truncated octahedron porous nano cage electrocatalyst and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂及其制备方法
本专利技术涉及一种铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂及其制备方法，该催化剂可用于电化学催化氧还原反应的研究。
技术介绍
具有可控结构和组成的金属纳米晶体已经引起了广泛的关注。众所周知，金属纳米晶体的本征性质极大的依赖于它们的尺寸、形貌和组成，目前铂基纳米材料已广泛应用于燃料电池、水分解等多种电化学能源领域。因此，可控的合成铂基纳米晶体对其催化应用非常重要，尤其具有低密度的铂基空心纳米结构是非常有前途的催化剂。然而这样的结构通常是通过置换反应，模板法或者利用柯肯达尔效应制备。通过这些策略，许多铂基的空心纳米结构(如纳米笼和纳米框架)已经被制造出来，并在催化应用中显示出了它们的优越性。值得注意的是，上述提到的大多数金属纳米材料都是由致密光滑的表面组成，导致其内部表面无法得到有效利用。除了对催化剂内部结构的调控外，对铂基空心纳米材料的表面结构进行控制，可以进一步为调整其催化性能提供的更多机会。介孔孔道结构能够提供有效的三维分子渗透性，金属纳米结构的介孔结构不仅可以提供丰富的催化活性位点，而且可以加快反应物的传质过程。尽管介孔金属的制备取得了很大的进步，但大多数的介孔金属仅限于不规则的颗粒和薄膜，介孔结构与空心结构组合的金属纳米晶体很少被报道。最近，Yamauchi课题组通过软硬双模板法成功制备了介孔铂空心立方体，能大大的提高甲醇电氧化催化活性(Li,C.；Jiang,B.；Imura,M.；Malgras,V.；Yamauchi,Y.MesoporousPtHollowCubeswithControlledShellThicknessesandInvestigationofTheirElectrocatalyticPerformance.Chem.Commun.2014,50(97),15337-15340.)。中空金属纳米结构的介孔壳的合理设计极大地提高了电催化性能，因此，发展一个简单的合成具有介孔表面的多金属空心纳米结构的策略对于电催化的应用有很大的意义。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂及其制备方法以及对催化电化学氧还原反应进行研究。本专利技术采用的技术方案是：一种铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂，由如下方法制备：(1)将1～100mg之间的F127和0.5～4.0mL浓度为20mM的氯铂酸钾、0.5～4.0mL浓度为20mM的氯钯酸钠、0.5～4.0mL浓度为20mM的氯化镍、0～0.4mL的浓度为6M的盐酸在超声条件下混合均匀，然后加入2mL浓度为0.1M的抗坏血酸溶液，混合溶液在95℃油浴下静置0.5～8个小时，最后的产物用水和乙醇循环离心洗涤三次，并在室温条件下干燥备用；(2)将上一步干燥后的产物重新分散到过量的浓硝酸溶液中，室温条件下搅拌三天，反应结束后经洗涤、离心、干燥，得到铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂。反应条件的选择对制备铂钯镍截角八面体多孔纳米笼的结构具有重要影响。另外，表面活性剂F127是一个三嵌段共聚物，可以作为造孔剂，两端是亲水的聚环氧乙烯，中间是疏水的聚环氧丙烯，这种特殊结构在水溶液中能自组装形成胶束，环氧乙烯链可以稳定铂簇，并使之在胶束上被还原，当把F127模板去掉后，自然地形成介孔结构。在制备过程中，改变表面活性剂可以控制铂钯镍截角八面体多孔纳米笼的形貌和结构。一种铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将1～100mg之间的F127和0.5～4.0mL浓度为5～50mM的氯铂酸钾、0.5～4.0mL浓度为5～50mM的氯钯酸钠、0.5～4.0mL浓度为5～50mM的氯化镍、0～0.4mL的浓度为1～12M的盐酸在超声条件下混合均匀，然后加入2mL浓度为0.01～0.5M的抗坏血酸溶液，混合溶液在50～100℃油浴下静置0.5～8个小时，最后的产物用水和乙醇循环离心洗涤三次，并在室温条件下干燥备用；(2)将上一步干燥后的产物重新分散到过量的浓硝酸溶液中，室温条件下搅拌三天，反应结束用水洗涤、离心、干燥，得到多孔的铂钯镍截角八面体纳米笼电催化剂。进一步，控制氯铂酸和抗坏血酸的浓度和体积，表面活性剂的种类，以及反应的温度和时间来控制铂钯镍的形貌和结构。在常温常压下进行电化学催化氧化还原反应，具体性能测试操作过程为：(1)称取1～10mg的样品分散在1～5mL超纯水中，超声30分钟得到均匀的分散液，取1～10μL滴在玻碳电极表面，50℃干燥后滴1～10μLNafion溶液(0.5wt％)覆盖在催化剂表面，制成工作电极。同时铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极组成三电极系统进行氧化还原测试；(2)在测试前，电解槽中加入0.1M的高氯酸溶液，通30分钟氧气使其溶液氧气饱和，选择循环伏安法和线性扫描伏安法的测试程序，用计算机监视工作电极在不同扫速下的电流情况。最后根据测得的数据和相应的公式计算出塔菲尔斜率，转移电子数和过氧化氢产率来评价催化剂的氧还原性能。本专利技术的有益效果主要体现在：(1)制备方法简单低温下直接得到产物，合理地利用表面活性剂F127作为模板，合成的铂钯镍截角八面体多孔纳米笼产物产率高。(2)通过改变氯铂酸的用量可以控制铂钯镍截角八面体多孔纳米笼的形貌，从而表现出不同的氧还原性能。(3)合成的铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂在氧还原反应中展现了优异的活性和稳定性，铂基材料作为电催化剂具有很高的应用前景。附图说明图1为本专利技术的具体实施例1铂钯镍截角八面体多孔纳米笼的SEM图。图2为本专利技术的具体实施例1铂钯镍截角八面体多孔纳米笼图3为本专利技术的具体实施例1铂钯镍截角八面体多孔纳米笼的XRD图。图4为本专利技术的具体实施例1铂钯镍截角八面体多孔纳米笼在1600转下的线性扫描伏安曲线，塔菲尔斜率图。图5为本专利技术的具体实施例1铂钯镍截角八面体多孔纳米笼各个转速下的线性扫描伏安曲线及转移电子数。旋转还盘电流，转移电子数和过氧化氢产率图。图6为本专利技术的具体实施例1铂钯镍截角八面体多孔纳米笼在10000圈前后的线性扫描伏安曲线，及极谱电流时间曲线图。图7为本专利技术的具体实施例2铂钯镍八面体多孔纳米笼的SEM图。图8为本专利技术的具体实施例2铂钯镍八面体多孔纳米笼在1600转下的线性扫描伏安。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。参照图1～图8，本实施例中，对所述铂钯镍材料的氧还原性能测试是在CHI852D电化学工作站上进行的，操作过程为：第一步、称取2mg的样品分散在1mL超纯水中，超声30分钟得到均匀的分散液，取1.3μL滴在玻碳电极表面，50℃干燥后滴5μL的Nafion溶液(0.5wt％)覆盖在催化剂表面，制成工作电极。同时铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极组成三电极系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂，其特征在于，所述催化剂由如下方法制备：/n(1)将1～100mg之间的F127和0.5～4.0mL浓度为20mM的氯铂酸钾、0.5～4.0mL浓度为20mM的氯钯酸钠、0.5～4.0mL浓度为20mM的氯化镍、0～0.4mL的浓度为6M的盐酸在超声条件下混合均匀，然后加入2mL浓度为0.1M的抗坏血酸溶液，混合溶液在95℃油浴下静置0.5～8个小时，最后的产物用水和乙醇循环离心洗涤三次，并在室温条件下干燥备用；/n(2)将上一步干燥后的产物重新分散到过量的浓硝酸溶液中，室温条件下搅拌三天，反应结束经洗涤、离心、干燥，得到铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂，其特征在于，所述催化剂由如下方法制备：
(1)将1～100mg之间的F127和0.5～4.0mL浓度为20mM的氯铂酸钾、0.5～4.0mL浓度为20mM的氯钯酸钠、0.5～4.0mL浓度为20mM的氯化镍、0～0.4mL的浓度为6M的盐酸在超声条件下混合均匀，然后加入2mL浓度为0.1M的抗坏血酸溶液，混合溶液在95℃油浴下静置0.5～8个小时，最后的产物用水和乙醇循环离心洗涤三次，并在室温条件下干燥备用；
(2)将上一步干燥后的产物重新分散到过量的浓硝酸溶液中，室温条件下搅拌三天，反应结束经洗涤、离心、干燥，得到铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂。


2.一种如权利要求1所述的铂钯镍截角八面体多孔纳米笼电催化剂的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鸿静，李英豪，王自强，许友，王亮，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33