一种用于液体燃料电池的通用多金属纳米催化剂制造技术

本发明专利技术公开了一种用于液体燃料电池的通用多金属纳米催化剂，首次合成Pt基四元合金纳米片，厚度约为4.9nm，直径大于700nm。通过测试X射线衍射光谱，得到其晶体构型为面心立方。PtAgBiTe合金纳米片的水合肼氧化性能优于商业碳载铂，且在甲酸/甲醇/乙醇/乙二醇/丙三醇氧化中的质量活性分别达到7.29/7.97/11.92/16.9/15.35Amg

【技术实现步骤摘要】
一种用于液体燃料电池的通用多金属纳米催化剂


[0001]本专利技术涉及一种用于液体燃料电池的通用多金属纳米催化剂。

技术介绍

[0002]燃料电池因其绿色高效的特点，是解决过度使用化石能源造成环境污染问题的有效发电装置。低成本的液体具有高体积能量密度，且比气体燃料更容易存储和运输。液体分子水合肼中没有碳原子，不会产生二氧化碳和其他温室气体。甲酸渗透性低，可以使用高浓度甲酸来获得高功率密度。醇类来源广泛，很容易从生物质中提取。上述液体分子的氧化涉及多步反应，机理复杂且甲酸和醇类的氧化容易中毒，还受到贵金属催化剂价格昂贵，活性不足的影响，故开发高性能的通用Pt基催化剂应用于液体燃料电池是当前的研究重点。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种可见光辅助的模板法，用于合成PtAgBiTe四元纳米片，该种催化剂合成方法绿色简单，形貌为卷曲的片状，厚度约为4.9nm，直径大于700nm。PtAgBiTe四元纳米片作为实际液体燃料电池的阳极，具有优异的催化性能和稳定性。
[0004]本专利技术的技术方案是：一种用于液体燃料电池的通用多金属纳米催化剂，所述的催化剂为超薄四元PtAgBiTe纳米片。
[0005]所述的PtAgBiTe纳米片为不规则的纳米片，厚度约为4.9nm，直径大于700nm。
[0006]一种用于液体燃料电池的通用多金属纳米催化剂，包括如下步骤：
[0007](1)合成Bi2Te3纳米片，分散在乙醇中；(2)取步骤(1)所得溶液于培养皿中，加入5
‑
15mL乙二醇，室温搅拌10min；(3)在步骤(2)混合溶液中加入四氯铂酸钾和硝酸银，室温搅拌15min放入暗室，用40W的台灯光照1
‑
4小时；(4)将步骤(3)所得产物离心分离后获得超薄四元PtAgBiTe纳米片，并将样品保存在乙醇中。
[0008]所述的铂盐和银盐总用量为0.01mmol，Bi2Te3纳米片为0.005mmol，Pt:Ag:Bi:Te为9:1:8:10
‑
1:9:8:10(摩尔比)。
[0009]所述的超薄四元PtAgBiTe纳米片在实际液体燃料电池中的应用。
[0010]本专利技术的有益效果：采用可见光辅助法，用Bi2Te3纳米片作为模板，首次合成大尺寸超薄的合金Pt基四元纳米片，厚度约为4.9nm，横向尺寸大于700nm。X射线衍射光谱表明，PtAgBiTe的衍射峰与面心立方的典型峰匹配良好，其晶体构型为面心立方相。PtAgBiTe合金纳米片的水合肼氧化性能优于商业碳载铂，且在甲酸/甲醇/乙醇/乙二醇/丙三醇氧化中的质量活性分别达到7.29/7.97/11.92/16.9/15.35Amg
‑1，均高于同等情况下的商业碳载铂，分别是商业标准的16.95/6.04/7.18/4.57/9.19倍。稳定性测试中，超薄四元PtAgBiTe纳米片活性衰减较慢，而商业碳载铂衰减明显。超薄四元PtAgBiTe纳米片在实际水合肼燃料电池中的功率密度为532.9mW cm
‑2，是商业碳载铂的1.35倍。超薄四元PtAgBiTe纳米片是一种优于目前文献报道的多功能催化剂。
[0011]由该方法合成的超薄四元PtAgBiTe纳米片形貌特殊，结构新颖，在实际液体燃料电池中催化性能优异，稳定性良好，具有取代目前商业碳载铂催化剂的可能。
附图说明
[0012]图1为超薄四元PtAgBiTe纳米片的扫描电镜和原子力显微镜观察结果图；
[0013]图2为超薄四元PtAgBiTe纳米片的X射线衍射结果图；
[0014]图3为超薄四元PtAgBiTe纳米片与商业碳载铂水合肼氧化、甲酸氧化和甲醇氧化的催化性能与稳定性对比图；
[0015]图4为超薄四元PtAgBiTe纳米片与商业碳载铂在实际水合肼燃料电池中功率密度对比图。
具体实施方式
[0016]实施例1：
[0017](1)合成Bi2Te3纳米片晶种，存放于乙醇中；
[0018](2)取步骤(1)所得溶液于培养皿中，加入10mL乙二醇，搅拌10min；
[0019](3)在步骤(2)混合溶液中加入总量为0.01mmol的金属，其中四氯铂酸钾为0.009mmol，硝酸银为0.001mmol，室温搅拌15min后光照2小时；
[0020](4)将步骤(3)所得产物冷却后用乙醇洗涤，离心后即得超薄四元PtAgBiTe纳米片，并将样品分散保存在乙醇中。
[0021]反向实施例1
[0022](1)将160mg聚乙烯吡咯烷酮超声溶解在4mL的乙二醇中；
[0023](2)将0.018mmol的四氯铂酸钾和0.006mmol的硝酸银分别溶解于1mL和0.25mL的去离子水中，在210℃反应4h；
[0024](3)冷却后在室温下，我们加入0.7mL浓氨水和2mLNaBH4水溶液(5.0mg)进行清洗；
[0025](4)1小时后，加入丙酮和水洗涤2次。
[0026]通过与反向实施例1比较可发现，反向实施例中的PtAg二元纳米线的乙醇氧化质量活性是6.1Amg
‑1，相较本实验超薄四元PtAgBiTe纳米片的活性更低，未测试其他液体分子氧化的性能，同时也没有测试实际燃料电池。
[0027]反向实施例2
[0028](1)将8mg乙酰丙酮铂，7.7mg乙酸铋作为金属前体，在烧瓶中加入250mg PVP、1mL冰醋酸和8mL的N,N二甲基甲酰胺，超声5min，得到均匀的溶液；
[0029](2)从室温升温至150℃，并保持4小时；
[0030](3)所得产品经过乙醇三次离心洗涤。
[0031]通过与反向实施例2比较可发现，反向实施例中的PtBi二元纳米板在甲酸和丙三醇氧化中的质量活性是9.06Amg
‑1和3.45Amg
‑1，且在3600s稳定性测试后，仅保留较低的电流密度，相较本实验的超薄四元PtAgBiTe纳米片的稳定性更低，且反向实施例中的PtBi纳米晶体没有测试实际液体燃料电池。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于液体燃料电池的通用多金属纳米催化剂，其特征在于：所述的催化剂为超薄四元PtAgBiTe纳米片。2.根据权利要求1所述的一种用于液体燃料电池的通用多金属纳米催化剂，其特征在于：所述的PtAgBiTe纳米晶体为不规则的纳米片，厚度约为4.9nm，直径大于700nm；其中Pt含量在60％
‑
80％，Ag含量在5
‑
30％，Bi含量在25％以内，Te含量在10％
‑
25％。3.如权利要求1或2所述的一种用于液体燃料电池的通用多金属纳米催化剂，其特征在于：包括如下步骤：(1)合成Bi2Te3纳米片，存放于乙醇中；(2)取步骤(1)所得溶液于培养皿中，加入5
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：袁强，赵凤玲，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：