一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒及其制备方法和应用，所述PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒是由在PtCo金属间化合物纳米颗粒上外延生长PtIr壳层而成的核壳结构。本发明专利技术的PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒作为电催化剂，其氧还原反应性能优于商业用Pt/C，具有更高的催化活性以及抗毒化能力，能够使催化剂在长时间内维持较高的ORR性能；PtIr双金属壳层的加入赋予了催化剂氧还原反应和析氧反应的双功能性；与商业用Pt/C相比，该纳米颗粒中原子有序的PtCo内核和具有压缩应变的PtIr壳层结构，具有良好的电催化性能和稳定性。具有良好的电催化性能和稳定性。具有良好的电催化性能和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及涉及电催化剂领域，特别是指一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铂基纳米材料是最成熟的电催化剂，已经在工业能源转换装置的几个关键反应中得到证实。然而，稀缺的储量和高昂的价格一直是铂在实际应用中大规模使用的障碍。将铂与价格相对低廉的过渡金属元素合金化是一种简单而有效的策略，既可以降低催化剂材料的成本，又通过配体效应和应变效应提升催化性能。
[0003]核壳结构是一种优秀的电催化剂的设计构型，通过将活性金属和反应位点集中分布在结构壳层，极大提高了贵金属的利用率；同时，基于核壳之间晶格失配的应变效应也是调控催化性能的重要途径。然而，目前常见的核壳结构采用无序纳米合金作为内核材料，使得催化剂在酸性环境中饱受过渡金属溶出的困扰，极大地限制了催化剂的高效催化和反应耐久性。于是，以金属间化合物(IMC)为基础的纳米晶催化材料被提出。
[0004]在IMC纳米晶体中，有序的排列强化了原子的键合，使得核壳结构表现出优异的耐久性。壳层作为直接参与催化反应的场所，其成分的调整可以帮助特定催化功能的实现。例如，OER活性物种参与壳的组成可以改善金属铂并不具备优势的OER性能。通过这种方式，催化剂将表现出ORR
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OER(氧还原反应
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析氧反应)的双重功能，这将有利于其应用的飞跃。
[0005]在核壳结构中，通过壳层成分的微调实现催化功能的多样化还并没有被人关注，多数研究只是通过核壳结构的设计来增强单一的氧还原、析氧或析氢反应性能(例如，Pd@Pt，PtCo@Pt,PtCo@PtSn等都只是单一功能性较好的催化性能)。因此，利用金属间化合物，完成纳米材料的精准构筑，获得具有优异活性、耐久性和多功能性的纳米催化剂是一项非常亟待研究的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提出一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒及其制备方法和应用，制备的PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒作为电催化剂具有优异的ORR和OER催化活性，而且具有优异的电化学稳定性。
[0007]本专利技术的技术方案是这样实现的：一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒，所述PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒以PtCo金属间化合物纳米颗粒为内核，以双金属PtIr为壳层。
[0008]进一步地，PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒的尺寸为8
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10纳米。
[0009]进一步地，PtIr壳层的厚度为2～4个原子层。
[0010]一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒的制备方法，所述PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒是由在PtCo金属间化合物纳米颗粒上外延生长PtIr壳层而制成。
[0011]进一步地，所述制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)将金属前驱体、封端剂和还原剂I分散于溶剂I中，得到溶液A，金属前驱体包括铂源和钴源；
[0013](2)将溶液A在氩气条件下加热反应后，自然冷却至室温，得到溶液B；
[0014](3)将溶液B离心得到中间产物，中间产物经洗涤后，分散到正己烷中，得到溶液C；
[0015](4)将炭黑、正己烷和溶液C混合超声，经洗涤后在真空环境下干燥，得到PtCo合金纳米颗粒；
[0016](5)将PtCo合金纳米颗粒进行退火处理，自然冷却到室温，得到PtCo金属间化合物纳米颗粒；
[0017](6)将PtCo金属间化合物纳米颗粒、还原剂II分散到溶剂II中，缓慢加入壳层金属前驱体，经离心、洗涤后在真空环境中干燥，得到PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒，壳层金属前驱体包括铂源和铱源。
[0018]进一步地，步骤(1)中，金属前驱体包括乙酰丙酮铂和乙酰丙酮钴，封端剂为六羰基钨，还原剂I为油胺，溶剂I为苯甲醇；乙酰丙酮铂的用量为10
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20mg，乙酰丙酮钴的用量为10
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20mg，封端剂的用量为75
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150mg，还原剂I的用量为3
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6mL，溶剂I体积为7
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14mL。
[0019]进一步地，步骤(6)中，还原剂II为柠檬酸，溶剂II为去离子水，壳层金属前驱体包括铂源和铱源，铂源为六氯铂(IV)酸钠或六氯铂(IV)酸钾，铱源为六氯铱(III)酸钠或六氯铱(III)酸钾；PtCo金属间化合物纳米颗粒的用量为10
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20mg，还原剂II的用量为30
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60mg，溶剂II的用量为5
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10mL，铂源的用量为1
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3.5mg，铱源的用量为1
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3.5mg，将铂源和铱源溶解于去离子水中，如铂源和铱源的总质量为4.5mg，溶解于1.5mL去离子水中，然后进行注射加入，注射速率为0.1mL/h。
[0020]进一步地，步骤(2)中，加热反应的温度为60
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200℃，反应时间为40
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120分钟。
[0021]进一步地，步骤(1)中，通过超声进行分散，超声时间不少于5分钟；步骤(3)中，中间产物洗涤的具体方法为：将中间产物经超声分散于乙醇和丙酮中，然后离心沉淀，重复1
‑
2次。
[0022]一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒，由所述方法制备。
[0023]一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒作为电催化剂的应用。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]本专利技术的PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒是由在PtCo金属间化合物纳米颗粒上外延生长PtIr壳层而成的核壳结构；PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒的尺寸为8
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10纳米；PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒中原子有序的PtCo内核和具有压缩应变的PtIr壳层结构，在电催化反应中能够提供丰富的活性位点，具有非常良好的ORR和OER催化性能。
[0026]本专利技术的制备方法为油浴法，操作简单，可重复性良好，产量高；在同一体系下，改变反应条件可实现催化剂组分等的可控调控，是一种简便、高效的制备方法。
[0027]本专利技术的PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒在锌
‑
空气电池中催化阴极反应—氧还原反应(ORR)中的应用，其ORR性能优于商业用Pt/C，半波电位较商业用Pt/C提高了63mV，具有更高的催化活性以及抗毒化能力，能够使催化剂在长时间内维持较高的ORR性能；同时在锌
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空气电池中催化阳极反应—析氧反应中，其OER性能优于PtCo@Pt核壳纳米颗粒，在10mA cm
‑2处的过电位较PtCo@Pt核壳纳米颗粒减少了144mV以上，具有更高的OER催化活性。与商业用Pt/C纳米颗粒相比，该纳米颗粒的双金属PtIr壳层结构，提供了良好的电催化性能和
稳定性；同时，本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒，其特征在于：所述PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒以PtCo金属间化合物纳米颗粒为内核，以双金属PtIr为壳层。2.根据权利要求1所述的一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒，其特征在于：PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒的尺寸为8
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10纳米。3.根据权利要求1或2所述的一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒，其特征在于：PtIr壳层的厚度为2～4原子层。4.一种PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒是由在PtCo金属间化合物纳米颗粒上外延生长PtIr壳层而制成。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将金属前驱体、封端剂和还原剂I分散于溶剂I中，得到溶液A，金属前驱体包括铂源和钴源；(2)将溶液A在氩气条件下加热反应后，自然冷却至室温，得到溶液B；(3)将溶液B离心得到中间产物，中间产物经洗涤后，分散到正己烷中，得到溶液C；(4)将炭黑、正己烷和溶液C混合超声，经离心、洗涤后在真空环境下干燥，得到PtCo合金纳米颗粒；(5)将PtCo合金纳米颗粒进行退火处理，自然冷却到室温，得到PtCo金属间化合物纳米颗粒；(6)将PtCo金属间化合物纳米颗粒、还原剂II分散到溶剂II中，然后缓慢加入壳层金属前驱体，经离心、洗涤后在真空环境中干燥，得到PtCo@PtIr八面体核壳纳米颗粒，壳层金属前驱体包括铂源和铱源。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，金属前驱体包括乙酰丙酮铂和乙酰丙酮钴，封端剂为六羰基钨，还原剂I为油胺，溶剂I为苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晗，郭海中，朱诗雨，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：