【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合金催化剂领域，具体涉及一种ptni合金催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、燃料电池是一种在等温条件下，不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料和氧气中的化学能转化为电能的发电装置，具有高效、无污染、无噪声、可靠性高、模块化、对负载变化快速响应等显著优点，被誉为21世纪的主要能源之一，是继火电、水电、核电之后的第四代发电方式。只要能保证燃料和氧化剂的供给，燃料电池就可以连续不断地发电。氢是燃料电池的最佳燃料，而燃料电池也正是氢能转换为电能的最佳转换装置，其理论转化效率为83％(25℃)，目前实际工作转换效率在45％-60％，比内燃机效率(20％-40％)高。
2、然而由于该电池操作温度低，所以需要催化剂来催化其阳、阴极反应，且目前最好的催化剂仍是pt或者pt基催化剂。阳极的氢氧化反应(hor)在铂表面具有极快的反应动力学，当pt载量降至0.05mgpt/cm2时电池性能并不会明显下降。与阳极hor相比，阴极的氧还原反应(orr)即使发生在最佳催化剂pt上且工作温度保持在100℃以上也是高度不可逆反应。gasteiger等通过研究发现，采用现有最高水准的铂碳pt/c作为催化剂置于结构优化后的电极，空气极pt需求载量接近0.4mgpt/cm2。如果进一步降低阴极pt载量也即pt/c用量，这会在低电流密度区出现因orr动力学损失而导致电池电压下降的现象，因此阴极需要较高的pt载量以维持电池的性能。然而，如果要推动燃料电池汽车的产业化，阴极的pt载量必须大幅降低。
3、质子交换膜燃料电池(pemf
4、为降低pt的用量，提高催化剂的活性与稳定性，学者们通过pt与一些3d过渡金属(如fe、co、cu及ni等)实现合金化，制备pt-m合金来提高铂的利用率和降低催化剂的成本。合金具有两方面的作用，一方面额外加入的金属与pt具有不同的电负性，因此pt与额外金属之间有部分的电子转移，可以起到调控pt电子结构的作用。另一方面，额外的加入金属与pt具有不同的原子半径，因此与单纯的pt金属相比，pt合金具有存在应力，也可以调控pt的催化活性。因此，pt合金展现出比pt更高的orr催化活性。
5、cn106180751a公开了一种铂镍合金催化剂的制备工艺及方法，其过程是首先将氯铂酸和氯化镍按比例混合，再加入pvp，然后调节溶液ph后，加入还原剂，通过严格控制反应温度和反应时间，得到形态组织和尺寸均匀的合金催化剂，通过金属铂和金属镍间的协同作用，提高了金属的活性和电催化性能，减少了贵金属铂的使用量，降低了成本。但此工艺的缺点是在过程中使用pvp，使得铂镍合金颗粒的粒径在10-20nm之间，颗粒太大，这样会降低材料的催化剂活性。
6、cn110919023a公开了一种铂镍合金制备的工艺及方法，其过程是以锌离子诱导作用制备多枝状铂基纳米材料，锌离子在铂基纳米晶生长阶段能诱导其向多枝结构发展，因此合成步骤是在锌前驱体盐存在的条件下，通过溶剂热法一步制备具有多枝状结构的铂镍、铂钴、铂铁合金纳米催化剂。相较于非枝晶和八足状结构，此方法合成的多枝纳米粒子能够更大程度地暴露活性位点，能够有效提升其电催化活性，但缺点是此工艺合成的铂基材料电化学稳定性较差。
7、cn110729495a公开了一种具有特殊结构的铂镍合金材料，该制备方法采用硝酸氧化的三聚氰胺高温烧结制备多孔棒状石墨氮化碳，后采用液相还原法分步还原ni前驱体、pt前驱体形成ni@pt核-壳型双金属纳米催化剂，并分散附着于多孔棒状石墨氮化碳表面，同时通过调控ph控制催化剂纳米颗粒大小，最后，引入纳米碳球，得到的cnss-ni@pt/pm-g-c3n4电催化剂。该电催化剂对氧还原反应表现出优异的电化学稳定性和优良的催化性能，但缺点是制备过程较为繁杂，难于实现放大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的电催化剂的活性不足，稳定性差，制备工艺复杂的问题，提供一种ptni合金催化剂及其制备方法和应用，该制备方法步骤简洁，环境友好，合成的ptni/c催化剂具有很高的orr活性和良好的稳定性。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种ptni合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)提供含有pt源、ni源、碳源、还原剂和溶剂的分散液；
4、其中，所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺；
5、(2)在惰性气氛存在下，将所述分散液加热至沸腾，并在沸腾温度下反应，反应时间不超过30min。
6、现有技术中，对于ptni合金催化剂结构的关注点集中于获得更好的结晶性，为了获得较好的晶面取向，一般的ptni合金催化剂合成过程中反应时间较长，一般为4-16h，尚未有关于ptni合金催化剂中ptni合金缺陷结构的报道和研究。但是本专利技术的专利技术人在研究中发现，通过dmf与还原剂的协同作用，通过反应时间控制ptni合金不同晶面的堆积速度，在快速反应的条件下，能够得到具有八面体结构的ptni合金纳米颗粒，同时使得至少部分的合金颗粒表面含有晶格缺陷。本专利技术的专利技术人创造性地发现，该制备方法得到的特殊晶体结构和缺陷分布，有利于提高ptni/c催化剂的orr活性和稳定性。
7、本专利技术第二方面提供上述的制备方法制得的ptni合金催化剂，该催化剂中，至少部分合金颗粒表面含有晶格缺陷。
8、本专利技术第三方面提供上述ptni合金催化剂在质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池领域或电解水反应中的应用。
9、本专利技术提供的制备方法，通过一步法合成ptni合金，工艺步骤简洁，环境友好，制得的催化剂中至少部分合金颗粒表面含有晶格缺陷，具有很高的orr活性和良好的稳定性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种PtNi合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以Pt源、Ni源的总量为基准，以元素计，Pt源、Ni源的质量比为3.3-13.5：1，优选为5.5-10.5：1；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤(1)包括：
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，所述还原剂的用量与所述Pt源的质量比为3.5-15：1；
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述Pt源选自氯铂酸、氯铂酸钾、乙酰丙酮铂、硝酸四氨合铂、醋酸铂、醋酸四氨合铂和氯铂酸铵中的至少一种，优选为乙酰丙酮铂、硝酸四氨合铂和氯铂酸铵中的至少一种；
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法，其中，所述溶剂中还包括极性溶剂，所述极性溶剂优选为有机醇和/或有机酸；
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的制备方法，其中，所述分散液的沸腾温度为155-165℃；
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的制备方法，其中，该方法还包括：将步骤(2)中反应
9.权利要求1-8中任意一项所述的制备方法制得的PtNi合金催化剂，所述催化剂中，至少部分合金颗粒表面含有晶格缺陷；
10.权利要求9所述的PtNi合金催化剂在质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池领域或电解水反应中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种ptni合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以pt源、ni源的总量为基准，以元素计，pt源、ni源的质量比为3.3-13.5：1，优选为5.5-10.5：1；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤(1)包括：
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，所述还原剂的用量与所述pt源的质量比为3.5-15：1；
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述pt源选自氯铂酸、氯铂酸钾、乙酰丙酮铂、硝酸四氨合铂、醋酸铂、醋酸四氨合铂和氯铂酸铵中的至少一种，优选为乙酰丙酮铂、硝酸四氨合铂和...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨雪，顾贤睿，林伟，彭茜，王厚朋，张家康，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。