一种铂铜合金纳米线及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于燃料电池催化剂技术领域，具体涉及一种铂铜合金纳米线及其制备方法和应用。该铂铜合金纳米线通过引入非贵金属铜，用作甲醇燃料电池阳极催化剂时，可以提高催化剂抗一氧化碳中毒能力，并且形成了独特的规整有序的线形束状结构，在减少铂添加量的同时，可以显著提高催化剂的催化活性和稳定性；并且其制备方法，不需要添加额外的载体，通过水热法即可制备得到催化活性高的铂铜合金纳米线催化剂，操作简单，适合于大规模工业化生产，具有巨大的社会经济效益。

A platinum copper alloy nanowire and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种铂铜合金纳米线及其制备方法和应用
本专利技术属于燃料电池催化剂
更具体地，涉及一种铂铜合金纳米线及其制备方法和应用。
技术介绍
燃料电池是一种将燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置，其不受卡诺循环效率的限制，具有较高的能量利用效率。同时，燃料电池在发电过程中几乎不产生有污染的废弃物，是一种绿色高效的新型能源。直接甲醇燃料电池作为燃料电池中的一种，具有在低温下快速启动，不需要对燃料进行处理的特点，并且液体燃料容易管理，系统更加的小型化，引起了国内外研究者的广泛关注。其中，直接甲醇燃料电池的阳极催化反应需要使用大量的贵金属铂，但是铂的储量有限，价格高昂，极大地限制了直接甲醇燃料电池的大规模商业应用。为了减少铂的使用量，现有技术多将铂负载在载体上或添加过渡金属元素来制备甲醇燃料电池阳极催化剂。如中国专利申请CN102064327A公开了一种直接甲醇燃料电池的阳极催化剂Pt/C，该催化剂可使Pt颗粒均匀地负载在碳表面，从而生成均匀的Pt/C催化剂，电催化活性强，氧化电流大，但是该催化剂中的Pt容易与甲醇未完全氧化的中间产物CO结合中毒，从而失去活性，并且碳载体在酸性环境中容易腐蚀，导致Pt脱落、溶解沉积、团聚等，从而降低催化剂的催化活性和稳定性；中国专利申请CN104353480A公开了一种三维氮掺杂石墨烯载铂铜复合电催化剂，该催化剂采用氯铂酸、二水合氯化铜和谷氨酸与制备得到的三维氮掺杂石墨烯混合进行微波反应，使铂铜合金负载在三维氮掺杂石墨烯上，制备得到的催化剂能显著提升铂在酸性条件下直接电催化氧化甲醇的能力，但是，其催化氧化甲醇的能力需要依靠载体三维氮掺杂石墨烯来提高，且催化氧化甲醇的能力还有进一步提高的空间。因此，迫切需要提供一种催化活性强、稳定性好的铂铜合金纳米线作为甲醇燃料电池阳极催化剂应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有铂碳催化剂稳定性和催化活性差，铂铜催化剂需依靠载体且催化能力有限的缺陷和不足，提供一种催化活性强、稳定性好的铂铜合金纳米线的制备方法。本专利技术另一目的是提供所述制备方法制备的铂铜合金纳米线。本专利技术的另一目的是提供所述铂铜合金纳米线在甲醇燃料电池阳极催化剂中的应用。本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：一种铂铜合金纳米线的制备方法，包括以下步骤：制备含有氢氧化钾的乙二醇和二甲基甲酰胺混合溶液，先后加入氯铂酸的乙二醇溶液和二氯化铜的乙二醇溶液，超声、混匀，在150～190℃温度条件下水热反应(4～20)h，即得；其中，所述氯铂酸和二氯化铜的摩尔量比为1:(3～8.5)。本专利技术通过简单的水热法制备得到铂铜合金纳米线，一方面，铜上的电子密度分布可以促进甲醇的吸附，通过引入廉价的非贵金属铜可以极大的降低铂的用量，并且提升其作为催化剂的催化活性；另一方面，铜在甲醇氧化反应过程中相对稳定，可以提高合金催化剂的抗一氧化碳中毒能力。并且，专利技术人经过大量的创造性劳动发现，在特定氯铂酸和二氯化铜摩尔量比条件下制备得到的铂铜合金纳米线具有规整有序的线形束状结构，可以暴露更多的活性位点，每根单独线之间的空隙间距能为甲醇分子传导提供场所，加快催化反应的进行，提高催化剂的催化活性。优选地，所述氯铂酸和二氯化铜的摩尔量比为1:(4～7)。实践中发现，在此条件下制备得到的催化剂的催化活性较高。更优选地，所述氯铂酸和二氯化铜的摩尔量比为1:6。实践中发现，在此摩尔比条件下制备的催化剂的催化活性最高，稳定性也较好。优选地，所述温度条件为170℃。实践中发现，在此反应温度条件下制备得到的催化剂催化活性最高。优选地，所述反应时间为(12～20)h。实践中发现，在此反应时间条件下制备得到的催化剂的催化活性较高。更优选地，所述反应时间为12h。实践中发现，在此反应时间条件下制备得到的催化剂的催化活性最高。进一步地，所述乙二醇和二甲基甲酰胺的体积比为1:(1～3)。优选地，所述乙二醇和二甲基甲酰胺的体积比为1:(1～2)。更优选地，所述乙二醇和二甲基甲酰胺的体积比为1:1.5。实践中发现，在此反应条件下反应可使氯铂酸和二氯化铜充分混合反应，且节省原料。更进一步地，所述氢氧化钾与乙二醇和二甲基甲酰胺混合溶液的重量体积比为1:(15～20)g/ml。另外的，本专利技术还提供了一种所述制备方法制备的铂铜合金纳米线。进一步地，所述铂铜合金纳米线的直径为(0.6～2.4)nm。另外的，本专利技术还提供了所述铂铜合金纳米线在甲醇燃料电池阳极催化剂中的应用。本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术铂铜合金纳米线，通过引入非贵金属铜，可以提高其作为催化剂抗一氧化碳中毒能力，并且形成了独特的规整有序的线形束状结构，在减少铂添加量的同时，可以显著提高催化剂的催化活性和稳定性。(2)本专利技术极铂铜合金纳米线的制备方法，不需要添加额外的载体，通过水热法即可制备得到催化活性高的铂铜合金纳米线催化剂，操作简单，适合于大规模工业化生产，具有巨大的社会经济效益。附图说明图1为本专利技术实施例1甲醇燃料电池阳极铂铜合金纳米线催化剂的X射线衍射仪图。图2为本专利技术实施例1甲醇燃料电池阳极铂铜合金纳米线催化剂的透射电镜图。图3为本专利技术实施例1甲醇燃料电池阳极铂铜合金纳米线催化剂的透射电镜放大图和平均直径统计图；其中，a-分辨率50nm，b-分辨率20nm，c-铂铜合金纳米线的直径分布图。图4为本专利技术实施例2甲醇燃料电池阳极铂铜合金纳米线催化剂的透射电镜图。图5为本专利技术实施例3甲醇燃料电池阳极铂铜合金纳米线催化剂的透射电镜图。图6为本专利技术实施例4甲醇燃料电池阳极铂铜合金纳米线催化剂的透射电镜图。图7为本专利技术实施例5甲醇燃料电池阳极铂铜合金纳米线催化剂的透射电镜图。图8为本专利技术实施例6甲醇燃料电池阳极铂铜合金纳米线催化剂的透射电镜图。图9为本专利技术实验例2测定的实施例1～6甲醇燃料电池阳极铂铜合金纳米线催化剂的循环伏安曲线图。图10为本专利技术实验例2测定的实施例1～6甲醇燃料电池阳极铂铜合金纳米线催化剂的甲醇阳极氧化反应循环伏安曲线图。图11为本专利技术实验例3测定的实施例1催化剂在扫描0、500、1000、1500、2000次后的循环伏安曲线图。图12为本专利技术实验例3测定的实施例1催化剂在扫描0、500、1000、1500、2000次后的甲醇阳极氧化反应循环伏安曲线图。图13为本专利技术实验例3测定的实施例1和购买的铂碳Pt/C催化剂在扫描0、500、1000、1500、2000次后的电化学活性面积柱状图。图14为本专利技术实验例4不同反应温度对催化活性影响的循环伏安曲线图。图15为本专利技术实验例4不同反应温度对催化活性影响的甲醇阳极氧化反应循环伏安曲线图。图16为本专利技术实验例5不同反应时间对催化活性影响的循环伏安曲线图。图17为本专利技术实验例5不同反应时间对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铂铜合金纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n制备含有氢氧化钾的乙二醇和二甲基甲酰胺混合溶液，先后加入氯铂酸的乙二醇溶液和二氯化铜的乙二醇溶液，超声、混匀，在150～190℃温度条件下水热反应(4～20)h，即得；/n其中，所述氯铂酸和二氯化铜的摩尔量比为1:(3～8.5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种铂铜合金纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备含有氢氧化钾的乙二醇和二甲基甲酰胺混合溶液，先后加入氯铂酸的乙二醇溶液和二氯化铜的乙二醇溶液，超声、混匀，在150～190℃温度条件下水热反应(4～20)h，即得；
其中，所述氯铂酸和二氯化铜的摩尔量比为1:(3～8.5)。


2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述氯铂酸和二氯化铜的摩尔量比为1:(4～7)。


3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述氯铂酸和二氯化铜的摩尔量比为1:6。


4.根据权利要求1～3任一所述制备方法，其特征在于，所述温度条件为170℃。


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【专利技术属性】
技术研发人员：郑育英，张健，郑佳，方岩雄，刘全兵，张晓珊，周苑红，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44