本发明专利技术涉及一种类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒催化剂及其制备方法与应用，本发明专利技术以PtSn4金属间化合物纳米颗粒作为核，采用两步生长法将Pt的金属盐溶液通过还原生长在PtSn4纳米颗粒上，Pt以岛状结构生长在作为核的PtSn4纳米粒子表面，得到类核壳结构的PtSn4/Pt纳米材料，最后负载在炭黑上，得到类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒，具有优异的电催化乙醇氧化性能及优异的抗CO中毒性能。醇氧化性能及优异的抗CO中毒性能。
【技术实现步骤摘要】
一种类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒催化剂及其制备方法与应用
[0001]本专利技术涉及一种类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒催化剂及其制备方法与应用，属于催化剂制备和电化学能源领域。
技术介绍
[0002]传统能源的利用方式对环境造成极大破坏，此外在由化石能源转化为电能的过程中存在转换效率较低等问题，为了解决这一问题，燃料电池发电技术受到了广泛的研究。
[0003]目前研究最热门的为质子膜燃料电池，根据阳极燃料的不同分为氢氧燃料电池和醇类燃料电池。其中氢氧燃料电池是以氢气作为电池阳极燃料，而醇类燃料电池是用有机小分子醇类作为阳极燃料，可分为直接甲醇燃料电池和直接乙醇燃料电池。醇类燃料相比氢气来说原料来源广泛、能量密度高、易于储存。但是由于甲醇沸点低易挥发、对人体有害、易透过Nafion膜等缺点，限制直接甲醇燃料电池的商业化应用。而乙醇与甲醇结构相似，且无毒、可再生、使用安全，是可再生环保型能源。
[0004]目前，Pt基催化剂仍是最主要的直接乙醇燃料电池阳极催化剂。但是Pt作为贵金属元素且地壳含量低，此外乙醇在氧化为CO2过程中容易产生强吸附的中间产物如CO
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等，强烈吸附在Pt表面，导致催化剂中毒失活，严重限制了Pt基催化剂的商业化发展。
[0005]为了解决这一问题，研究者们通常将Pt与其他金属合金化或者制备一种Pt基核壳结构，由于不同金属间的几何效应不仅可以提高乙醇电催化活性还能降低催化剂中Pt的含量。
[0006]如中国专利文献CN114784296A公开了一种PtRu掺杂稀土元素的三元合金纳米材料用于甲醇、乙醇氧化的催化剂的制备方法。
[0007]又如中国专利文献CN106299396B公开了一种PtSn
‑
ZrO2/GN乙醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，是以石墨烯(GN)为载体ZrO2作为活性组分掺杂在PtSn合金材料中。
[0008]而Sn作为一种乙醇氧化中的助催化剂，目前报道的大多是Pt与Sn合金化的材料作为催化剂的应用，Pt与Sn合金化催化材料比表面积小，催化性能低。
技术实现思路
[0009]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒催化剂及其制备方法与应用。
[0010]专利技术概述：
[0011]本专利技术以PtSn4金属间化合物纳米颗粒作为核，采用两步生长法将Pt的金属盐溶液通过还原生长在PtSn4纳米颗粒上，Pt以岛状结构生长在作为核的PtSn4纳米粒子表面，得到类核壳结构的PtSn4/Pt纳米材料，最后负载在炭黑上，得到类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒，具有优异的电催化乙醇氧化性能及优异的抗CO中毒性能。
[0012]本专利技术将金属间化合物与Pt壳结合的纳米材料可结合不同金属间的协同效应提
升乙醇氧化催化性能，同时降低Pt的含量。
[0013]专利技术详述：
[0014]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0015]一种类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒催化剂，该催化剂中Pt以岛状结构生长在作为核的PtSn4纳米粒子表面，PtSn4纳米颗粒表面被岛状Pt颗粒包裹形成表面粗糙的PtSn4/Pt类核壳结构纳米颗粒，PtSn4/Pt类核壳结构纳米颗粒负载在炭黑上。
[0016]上述类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒催化剂的制备方法，包括步骤如下：
[0017](1)PtSn4纳米颗粒的制备：将乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)和无水氯化亚锡(SnCl2)作为金属盐前驱体与羰基钨(W(CO)6)混合，并加入六甲基二硅氮烷(HMDS)、油胺(OAm)和1
‑
十八烯(ODE)，在氩气气氛下搅拌均匀，升温反应，反应结束后自然冷却至室温，离心，洗涤，得到PtSn4纳米颗粒；
[0018](2)PtSn4/Pt纳米颗粒的制备：将乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)溶解于油胺(OAm)中，得到Pt的前驱体溶液(Pt
‑
OAm)；将PtSn4纳米颗粒、油胺(OAm)和1
‑
十八烯(ODE)混合后并超声分散，在Ar气氛下升温反应，用注射器将Pt的前驱体溶液缓慢滴加至体系中，滴加完毕，继续反应，反应结束后体系自然冷却至室温，离心，洗涤，得到类核壳结构的PtSn4/Pt纳米颗粒；
[0019](3)取炭黑XC
‑
72于正己烷溶液中超声分散均匀，得炭黑分散液，将PtSn4/Pt纳米颗粒分散在正己烷中，得PtSn4/Pt纳米颗粒分散液，将PtSn4/Pt纳米颗粒分散液加入炭黑分散液中，继续超声使纳米颗粒完全负载在炭黑上；离心收集固体，去除样品表面有机配体，离心，干燥，得到类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒催化剂。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)与无水氯化亚锡(SnCl2)的质量比为1：(1
‑
3)。
[0021]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)与W(CO)6的质量比为1：(1
‑
3)。
[0022]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，六甲基二硅氮烷(HMDS)、油胺(OAm)与1
‑
十八烯(ODE)的体积比为1：(3
‑
8)：(3
‑
8)。
[0023]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)与六甲基二硅氮烷(HMDS)的质量体积比为(10
‑
30)：1，单位，mg/ml。
[0024]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，升温速率为5
‑
15℃/min，
[0025]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，Pt的前驱体溶液(Pt
‑
OAm)中Pt的浓度为0.005
‑
0.02mmol/ml。
[0026]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，Pt的前驱体溶液滴加速率为0.1
‑
0.3ml/min。
[0027]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，OAm、ODE溶液体积比为1：(1
‑
3)，PtSn4纳米颗粒的摩尔量与油胺的体积比为(0.02
‑
0.06)：(2
‑
8)，单位，mol/L，Pt的前驱体溶液(Pt
‑
OAm)与油胺的体积比为(1
‑
4)：1。
[0028]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，在Ar气氛下升温反应为以8
‑
12℃min
‑1的升温速率升至170
‑
200℃保持4
‑
8min。
[0029]根据本专利技术优选的，步骤(3)中，炭黑分散液中炭黑的浓度为3
‑
10mg/ml。
[0030]根据本专利技术优选的，步骤(3)中，PtSn4/Pt纳米本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒催化剂，该催化剂中Pt以岛状结构生长在作为核的PtSn4纳米粒子表面，PtSn4纳米颗粒表面被岛状Pt颗粒包裹形成表面粗糙的PtSn4/Pt类核壳结构纳米颗粒，PtSn4/Pt类核壳结构纳米颗粒负载在炭黑上。2.权利要求1所述的类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒催化剂的制备方法，包括步骤如下：(1)PtSn4纳米颗粒的制备：将乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)和无水氯化亚锡(SnCl2)作为金属盐前驱体与羰基钨(W(CO)6)混合，并加入六甲基二硅氮烷(HMDS)、油胺(OAm)和1
‑
十八烯(ODE)，在氩气气氛下搅拌均匀，升温反应，反应结束后自然冷却至室温，离心，洗涤，得到PtSn4纳米颗粒；(2)PtSn4/Pt纳米颗粒的制备：将乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)溶解于油胺(OAm)中，得到Pt的前驱体溶液(Pt
‑
OAm)；将PtSn4纳米颗粒、油胺(OAm)和1
‑
十八烯(ODE)混合后并超声分散，在Ar气氛下升温反应，用注射器将Pt的前驱体溶液缓慢滴加至体系中，滴加完毕，继续反应，反应结束后体系自然冷却至室温，离心，洗涤，得到类核壳结构的PtSn4/Pt纳米颗粒；(3)取炭黑XC
‑
72于正己烷溶液中超声分散均匀，得炭黑分散液，将PtSn4/Pt纳米颗粒分散在正己烷中，得PtSn4/Pt纳米颗粒分散液，将PtSn4/Pt纳米颗粒分散液加入炭黑分散液中，继续超声使纳米颗粒完全负载在炭黑上；离心收集固体，去除样品表面有机配体，离心，干燥，得到类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒催化剂。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)与无水氯化亚锡(SnCl2)的质量比为1：(1
‑
3)，乙酰丙酮铂(Pt(acac)2)与W(CO)6的质量比为1：(1
‑
3)。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，六甲基二硅氮烷(HMDS)、油胺(OAm)与1
‑
十八烯(ODE)的体积比为1：(3
‑
8)：(3
‑
8)，乙酰丙酮铂(Pt...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱文静，邸谦，罗佳冰，王兴兆，周炎，王淑涛，张军，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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