一种制造技术

本发明专利技术涉及电催化技术领域，具体公开一种

【技术实现步骤摘要】
一种PtPdRuCu纳米管及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电催化
，尤其涉及一种
PtPdRuCu
纳米管及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]近年来，由于矿物燃料煤
、
石油等的大量消耗，全球能源危机爆发，引发了全球气候变暖等各种生态环境以及资源短缺等问题
。
燃料电池作为一种新型能源，具有效率高
、
燃料多样和无污染等优点得到了广泛的研究
。
在燃料电池的两极反应中，阴极氧化还原反应的动力学速率缓慢，被认为是燃料电池反应的速度控制步骤
。
由于铂碳催化剂在反应中易发生奥斯特瓦尔德熟化反应，使得催化剂的活性会发生大幅度衰减，明显缩短了燃料电池的使用寿命
。
与此同时，传统商业铂碳催化剂昂贵的价格也严重阻碍了燃料电池的发展
。
因此，寻找一种低铂含量的高效燃料电池催化剂成为科研人员的研究焦点
。
[0003]在过去的研究中，科研工作者研究了催化剂的维度对催化性能的影响
。
其中，一维纳米材料由于其本身具有的高速电子传输速率
、
优异的结构稳定性和抗奥斯特瓦尔德熟化的特性，被认为是一类具有发展前景的催化材料
。
在传统的铂基一维纳米材料中适当引入其他金属
(
如
Au、Pd、Cu、Ni、Co)
可以降低燃料电池的成本
。
但是，目前一维纳米材料中<br/>Pt
催化位点无法充分暴露，从而限制了
Pt
在电催化应用的有效利用，降低了催化剂电催化性能；同时，为了保证较高的催化活性，现有一维纳米材料中
Pt
的含量依然较高，无法有效降低催化剂成本
。
因此，开发一种基于低成本
、
高催化活性的燃料电池催化剂具有重大意义
。

技术实现思路

[0004]针对现有燃料电池催化剂存在的成本高
、
催化活性较低，以及可循环性较差的问题，本专利技术提供一种
PtPdRuCu
纳米管及其制备方法和应用
。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供的技术方案是：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种
PtPdRuCu
纳米管，所述
PtPdRuCu
纳米管为中空且至少一端开口
、
管壁粗糙的纳米管，其外径为
50nm
‑
90nm
，长度为1μ
m
‑3μ
m
，管壁的厚度为
13nm
‑
15nm。
[0007]进一步地，所述
PtPdRuCu
纳米管中
Pt、Pd、Ru、Cu
的原子比为
21:34:5:40。
[0008]相对现有技术，本专利技术提供的
PtPdRuCu
一维纳米材料，具有粗糙的管壁结构，有利于将
Pt
元素充分暴露在纳米管的表面，提高
Pt
元素的利用率，并通过
Pd、Ru、Cu
的配体效应，有效调控
Pt
位点处的电子结构，使得催化剂的反应活性大大提高；同时，中空管状结构的构建，还显著降低了材料中的
Pt
含量，大大降低了
Pt
基催化剂的成本，为实现更低成本的燃料电池阴极催化剂的构建提供了新的思路，具有较高的推广应用价值
。
[0009]第二方面，本专利技术提供一种
PtPdRuCu
纳米管的制备方法，包括如下步骤：
[0010]步骤
a
，制备
Cu
纳米线；
[0011]步骤
b
，将所述
Cu
纳米线分散于有机溶剂中，得
Cu
纳米线分散液；将含有
Pt
2+
、Pd
2+
和
Ru
3+
的前驱体溶液与所述
Pd
纳米线分散液混合均匀，升温反应，降温，固液分离，得
PtPdRuCu
样品；
[0012]步骤
c
，将所述
PtPdRuCu
样品分散于醇溶剂中，得
PtPdRuCu
分散液；向所述
PtPdRuCu
分散液中加入强酸溶液，反应，固液分离，得
PtPdRuCu
纳米管
。
[0013]本专利技术利用金属共还原效应，使
Pt
2+
、Pd
2+
和
Ru
3+
在
Cu
纳米线表面沉积生长，再通过进一步的强酸刻蚀处理，将内部的
Cu
核刻蚀去除，从而得到高活性的
、
具有粗糙管壁结构的四元
PtPdRuCu
纳米管；一维中空结构的纳米管可有效促进电子传输，提高电导率以及传质速度，从而有利于显著提高电催化反应的活性和反应效率，在燃料电池领域具有较高的应用前景
。
[0014]优选的，步骤
a
具体包括如下步骤：
[0015]将氯化铜和可溶性镍盐溶于油胺中，于
175℃
‑
185℃
反应
4h
‑
10h
，降温，洗涤，干燥，得
Cu
纳米线
。
[0016]需要说明的是，步骤
a
中，所述氯化铜可为无水氯化铜或水合氯化铜均可
。
[0017]示例性的，所述氯化铜与可溶性镍盐的质量比为
1:1
‑
1:1.1。
[0018]示例性的，所述氯化铜与油胺的质量体积比为
107
‑
130:8
‑
12
，其中，质量的单位是毫克，体积的单位是毫升
。
[0019]示例性的，所述可溶性镍盐为乙酰丙酮镍或硝酸镍
。
[0020]示例性的，步骤
a
中，反应结束后，用环己烷将反应液在
3000r/min
‑
4000r/min
的转速下离心洗涤3‑4次
。
[0021]在油胺溶液中，反应体系中的
Ni
2+
部分被还原为
Ni0，随后
Cu
2+
与
Ni0发生置换反应，在特定的反应温度条件下，制备得到形貌均匀的
Cu
纳米线
。
[0022]具体的，步骤
b
具体步骤为：将
Cu
纳米线分散于有机溶剂中，得
Cu<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
PtPdRuCu
纳米管，其特征在于，所述
PtPdRuCu
纳米管为中空且至少一端开口
、
管壁粗糙的纳米管，其外径为
50nm
‑
90nm
，长度为1μ
m
‑3μ
m
，管壁的厚度为
13nm
‑
15nm。2.
如权利要求1所述的
PtPdRuCu
纳米管，其特征在于，所述
PtPdRuCu
纳米管中
Pt、Pd、Ru、Cu
的原子比为
21:34:5:40。3.
一种
PtPdRuCu
纳米管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤
a
，制备
Cu
纳米线；步骤
b
，将所述
Cu
纳米线分散于有机溶剂中，得
Cu
纳米线分散液；将含有
Pt
2+
、Pd
2+
和
Ru
3+
的前驱体溶液与所述
Cu
纳米线分散液混合均匀，升温反应，降温，固液分离，得
PtPdRuCu
样品；步骤
c
，将所述
PtPdRuCu
样品分散于醇溶剂中，得
PtPdRuCu
分散液；向所述
PtPdRuCu
分散液中加入强酸溶液，反应，固液分离，得
PtPdRuCu
纳米管
。4.
如权利要求3所述的
PtPdRuCu
纳米管的制备方法，其特征在于，步骤
a
具体包括如下步骤：将氯化铜和可溶性镍盐溶于油胺中，于
175℃
‑
185℃
反应
4h
‑
10h
，降温，洗涤，干燥，得
Cu
纳米线
。5.
如权利要求4所述的
PtPdRuCu
纳米管的制备方法，其特征在于，所述氯化铜与可溶性镍盐的质量比为
1:1
‑
1:1.1
；和
/
或所述氯化铜与油胺的质量体积比为
107
‑
130:8
‑
12
，其中，质量的单位是毫克，体积的单位是毫升；和
/
或所述可溶性镍盐为乙酰丙酮镍或硝酸镍
。6.
如...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚涛，刘倩，董森，高发明，陈曦，刘树俊，王远哲，姚丽菲，李洪娟，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：