Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法，包括：按目标组成称取含铂化合物、X金属盐以及Y金属盐溶解在去离子水中，形成溶解有金属离子的溶液，其中X和Y均为贱金属；向所述溶液中加入适量的弱碱性物质，所述弱碱性物质的碱性小于氨水碱性；向溶液中加入载体或牺牲模板，并分散均匀；将上述溶液在合适温度下反应一段时间，形成Pt‑XY氢氧化物，担载于所述载体或所述牺牲模板上；将所述Pt‑XY氢氧化物在还原气氛下进行热处理，形成担载于载体上或牺牲模板上的Pt‑XY合金催化剂。提高金属颗粒分散度及其性能。

【技术实现步骤摘要】
Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法
本专利技术涉及能源催化及纳米材料相关
，尤其涉及一种Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法。
技术介绍
Pt基电催化剂被广泛应用于燃料电池、固体电解质水电解、石油化工等领域，尤其是在燃料电池领域。然而由于铂资源匮乏、价格昂贵，导致燃料电池成本居高不下，成为燃料电池商业化的主要障碍之一。为了降低催化剂的成本和提高催化性能，采用其他金属元素同Pt形成合金催化剂成为当下的研究热点。这类催化剂不仅能改变Pt的几何分布，例如降低了Pt-Pt键距，而且能改变相关的电子结构，比如Pt的d电子空缺，从而削弱氧-氧键和金属-氧键的结合力，有利于氧中间体的脱附，从而增强催化剂的氧化还原(ORR)性能。目前纳米合金电催化剂合成方法主要以液相法为主，它可以更好地控制纳米粒子的形状、粒径及均匀性。专利技术专利CN104549363A以氧化石墨烯为载体，金属化合物为前驱体，采用连续还原方法获得三维多孔石墨烯气凝胶负载的小尺寸纳米金属和纳米合金催化剂，颗粒粒径尺寸2～6nm。专利技术专利CN105642309A以铂基催化剂为基底，在其表面沉积过渡金属的氢氧化物，然后在还原性气氛下热处理，从而得到碳载铂基-过渡金属合金催化剂，随后进行酸洗去除表面多余的过渡金属得到稳定性较高的催化剂。专利技术专利CN108075140A将30wt％～70wt％Pt/C催化剂、碱性物质和过渡金属盐溶液混合均匀配制悬浊液，在100～200℃冷凝回流0.5h以上后，将产物在还原性气氛下600～800℃下热处理0.5～3h；酸洗产物得到铂基合金电催化剂。专利技术专利CN05355935A将碳载体、碱性物质和贵金属盐水溶液混合均匀配制悬浊液，50～200℃下冷凝回流0.5h以上，静置沉淀后移去上清液；再加入还原剂搅拌0.5h以上后，将产物在氨气、氦气、氩气、氢气中的一种或两种以上混合气氛下，100～800℃下热处理0.5～5h得到贵金属电催化剂，但该类方法仍存在操作步骤繁琐，反应不均匀等缺点。虽然二元铂基纳米催化剂研究取得了一定进展，但这类催化剂粒子在燃料电池运行过程中金属颗粒易发生表面迁移或溶解/重新沉淀而聚结的现象，严重影响了燃料电池的长期工作稳定性。而三元催化剂系统已经展现出比二元组分更高的耐金属溶解性。如何进一步简化Pt基合金电催化剂的制备方法以及提高金属颗粒分散度及其性能，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法，包括：按目标组成称取含铂化合物、X金属盐以及Y金属盐溶解在去离子水中，形成溶解有金属离子的溶液，其中X和Y均为贱金属；向所述溶液中加入适量的弱碱性物质，所述弱碱性物质的碱性小于氨水碱性；向溶液中加入载体或牺牲模板，并分散均匀；将上述溶液在合适温度下反应一段时间，形成Pt-XY氢氧化物，担载于所述载体或所述牺牲模板上；将所述Pt-XY氢氧化物在还原气氛下进行热处理，形成担载于载体上或牺牲模板上的Pt-XY合金催化剂。可选的，X、Y为Pd、Ru、Rh、Ag、Au、Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Y、Ta、Nb以及Ce中的任意两种不同元素。可选的，所述弱碱性物质包括碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵、尿素、磷酸二氢钠以及碳酸钾中的至少一种。可选的，所述溶液中加入适量的弱碱性物质将溶液pH值调整为6～13。可选的，根据目标金属载量向溶液中加入载体或牺牲模板，所述目标金属载量为20％～100％。可选的，形成Pt-XY氢氧化物的反应体系温度为60℃～100℃，反应时间为2h～24h。可选的，还包括形成Pt-XY氢氧化物后，对担载有Pt-XY氢氧化物的载体或牺牲模板进行过滤、洗涤及干燥处理。可选的，所述还原气氛包括氢气、一氧化碳以及氨气中的至少一种。可选的，在100℃～450℃条件下进行所述热处理，所述热处理时间为2h～20h。可选的，所述热处理为等离子体辅助热处理。所述等离子体辅助热处理的工作电压为270V～330V，激发频率为10MHz～15MHz，真空度小于1Pa。可选的，所述载体选自碳黑、石墨烯、碳纳米管、介孔碳以及聚乙烯球中的至少一种；所述牺牲模板选自纳米二氧化硅、纳米氧化镁、纳米氧化铝以及纳米氧化锌中的至少一种；还包括对担载于载体上的Pt-XY合金催化剂进行清洗、干燥或者对担载于牺牲模板上的Pt-XY合金催化剂，用酸去除所述牺牲模板后，进行清洗、干燥。本专利技术的制备方法采用可缓释氢氧根离子的弱碱性物质作为均相沉淀剂，形成铂基多元合金，碱性较弱的条件下，有利于颗粒均相成核。并且，进一步通过在100℃～450℃的相对较低的温度下进行等离子体辅助热处理，能够有效避免颗粒快速长大，有利于颗粒粒径控制，降低能耗。并且，此方法简单，易于控制，制备周期短，适于大规模生产。附图说明图1为实施例1与实施例2纳米合金催化剂线性扫描伏安曲线对比图；图2为实施例2中40％wtPtCo2Ni/C纳米电催化剂TEM(a)及合金颗粒中Pt(b)、Co(c)、Ni(d)元素EDS面扫分析图；图3为实施例2中40％wtPtCo2Ni/C与商业化40％Pt/C纳米电催化剂XRD对比图；图4为商业化40％Pt/C纳米电催化剂循环伏安加速老化实验测试(扫描圈数：20000圈，扫描速度50mV/s，扫描范围：0.6～1.1V/RHE)前后的线性扫描伏安曲线对比图；图5为实施例2中40％wtPtCo2Ni/C纳米电催化剂循环伏安加速老化实验测试(扫描圈数：20000圈，扫描速度50mV/s，扫描范围：0.6～1.1V/RHE)前后的线性扫描伏安曲线对比图；图6为实施例2中40％wtPtCo2Ni/C与商业化40％Pt/C纳米电催化剂循环伏安加速老化实验测试(扫描圈数：20000圈，扫描速度50mV/s，扫描范围：0.6～1.1V/RHE)前后的质量比活性(MA)对比图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的一种Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法的具体实施方式做详细说明。本专利技术的目的在于提供一种改进的均相沉淀法制备Pt基多元纳米合金电催化剂的方法，具体包括如下步骤：(1)原料混合步骤：按目标组成称取含铂化合物、X金属盐以及Y金属盐溶解在去离子水中，形成溶解有金属离子的溶液，其中X和Y均为贱金属；向所述溶液中加入适量的弱碱性物质，所述弱碱性物质的碱性小于氨水碱性。其中，X、Y为Pd、Ru、Rh、Ag、Au、Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Y、Ta、Nb、Ce中的任意两种不同元素；所述弱碱性物质包括碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵、尿素、磷酸二氢钠以及碳酸钾中的至少一种。加入弱碱性物质后调节溶液pH＝6～13。(2)载体或牺牲模板的注入：向溶液中加入目标载量的载体或合适比例的牺牲模板，继续搅拌使其分散均匀。其中目标金属载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：/n按目标组成称取含铂化合物、X金属盐以及Y金属盐溶解在去离子水中，形成溶解有金属离子的溶液，其中X和Y均为贱金属；/n向所述溶液中加入适量的弱碱性物质，所述弱碱性物质的碱性小于氨水碱性；/n向溶液中加入载体或牺牲模板，并分散均匀；/n将上述溶液在合适温度下反应一段时间，形成Pt-XY氢氧化物，担载于所述载体或所述牺牲模板上；/n将所述Pt-XY氢氧化物在还原气氛下进行热处理，形成担载于载体上或牺牲模板上的Pt-XY合金催化剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
按目标组成称取含铂化合物、X金属盐以及Y金属盐溶解在去离子水中，形成溶解有金属离子的溶液，其中X和Y均为贱金属；
向所述溶液中加入适量的弱碱性物质，所述弱碱性物质的碱性小于氨水碱性；
向溶液中加入载体或牺牲模板，并分散均匀；
将上述溶液在合适温度下反应一段时间，形成Pt-XY氢氧化物，担载于所述载体或所述牺牲模板上；
将所述Pt-XY氢氧化物在还原气氛下进行热处理，形成担载于载体上或牺牲模板上的Pt-XY合金催化剂。


2.根据权利要求1所述的Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，X、Y为Pd、Ru、Rh、Ag、Au、Fe、Co、Ni、Cr、Cu、Y、Ta、Nb以及Ce中的任意两种不同元素。


3.根据权利要求1所述的Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，所述弱碱性物质包括碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸氢铵、尿素、磷酸二氢钠以及碳酸钾中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶液中加入适量的弱碱性物质将溶液pH值调整为6～13。


5.根据权利要求1所述的Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法，其特征在于，根据目标金属载量向溶液中加入载体或牺牲模板，所述目标金属载量为20％～100％。


6.根据权利要求1所述的Pt基多元合金纳米电催化剂的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马玉南，邹亮亮，许翔，刘得友，
申请(专利权)人：宁波中科科创新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33