一种PtCuNi合金纳米催化剂及其制备方法和应用技术

技术编号：41295943 阅读：4 留言：0更新日期：2024-05-13 14:45

本发明专利技术公开了一种PtCuNi合金纳米催化剂及其制备方法和燃料电池应用，合金纳米催化剂为中空开放的PtCuNi纳米框架(PtCuNi NF)。所述纳米框架采用铜纳米晶介导，经高温油浴、强酸刻蚀的方法制备得到。本发明专利技术纳米材料相较于商业Pt/C，金属合金效应突出，原子利用率较高，催化剂在燃料电池氧还原反应和全电池测试中均展现出优于商业Pt/C的催化性能，解决了目前商业燃料电池阴极催化剂面临的活性低、稳定性差、成本高等技术问题，具有潜在的实际应用价值。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电池阴极催化剂，具体涉及ptcuni合金纳米催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

1、面对能源枯竭和环境污染的双重窘境，燃料电池在电动汽车和固定式发电站领域展现出清洁、可持续能源供给的广阔前景。pt/c作为常见的氧还原电催化剂，其高昂的成本、较低的活性以及不足的使用寿命等问题，严重阻碍了燃料电池的实际应用。近年来，为了提高氧还原催化剂的活性和稳定性，减少pt的使用量，发展贵金属合金催化剂受到广泛关注。合金催化剂通过调节贵金属的电子结构，可以有效地提高pt的本征催化活性。例如《acs catalysis 202010(7)4205–4214》报道了一种pt1.5ni合金纳米催化剂，该合金催化剂调控了几何和电子结构，降低了d带中心，减弱了oh*的吸附，其氧还原质量活性较商业pt提升了10倍。同时，贵金属与异相金属合金化，加强了原子间的相互作用，改善了催化剂的稳定；例如《advancedmaterials 202335,2301310》报道通过引入不同金属(cr、mn、fe、co、zn)定制pt基金属间合金纳米催化剂，显著提升催化材料的耐久性；例如公开号为cn108183244b的中国专利技术专利公开了一种agau@pt纳米三角框架的制备方法及其所得材料和应用，该技术制得的pt基纳米粒子，由于其独特的框架结构，其对甲醇电催化氧化反应(mor)展现出较好的电催化活性及稳定性，可应用于甲醇燃料电池的阳极催化剂。

2、尽管大量的研究已经致力于开发高效、低廉的合金催化剂，铂基纳米催化剂的氧还原活性和稳定得到一定的改善

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本专利技术旨在提供ptcuni合金纳米催化剂及其制备方法和应用。

2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种ptcuni合金纳米催化剂，为中空开放的纳米框架结构，平均粒径为15～18nm。

3、一种ptcuni合金纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：制备cu纳米晶体溶液，将乙酰丙酮铜、二水氯化铜、抗坏血酸溶于油胺和十八烯的混合溶液中，加热至150～180℃，保温2～10h，冷却后经乙醇洗涤、离心，油胺分散得到cu纳米晶体溶液；

5、步骤2：制备ptcuni催化剂，将乙酰丙酮铂、乙酰丙酮镍、十六烷基三甲基溴化铵、十八烯加入cu纳米晶体溶液，加热至160～200℃，保温3～24h，冷却后用乙醇和正己烷洗涤、离心、烘干，得到ptcuni催化剂；

6、步骤3：制备ptcuni nf催化剂，将ptcuni催化剂在硝酸溶液中处理，经乙醇洗涤、离心、烘干，得到ptcuni nf催化剂。

7、优选的，所述步骤1中的乙酰丙酮铜、二水氯化铜和抗坏血酸的摩尔比为0～1:4:3～10。

8、优选的，所述步骤1中的油胺和十八烯体积比为1:0～1。

9、优选的，所述步骤2中乙酰丙酮铂、乙酰丙酮镍、十六烷基三甲基溴化铵和cu纳米晶的摩尔比为3:2:25～50:10。

10、优选的，所述步骤3中的硝酸溶液的浓度为1～10mol/l，处理的温度为25～80℃，处理的时间为0.05～24h。

11、ptcuni合金纳米催化剂在燃料电池氧气还原反应和全电池中的应用。

12、与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：本专利技术公开了一种ptcuni合金纳米催化剂及其制备方法和燃料电池应用，合金纳米催化剂为中空开放的ptcuni纳米框架(ptcuninf)。所述纳米框架采用铜纳米晶介导，经高温油浴、强酸刻蚀的方法制备得到。本专利技术纳米材料相较于商业pt/c，金属合金效应突出，原子利用率较高，催化剂在燃料电池氧还原反应和全电池测试中均展现出优于商业pt/c的催化性能，解决了目前商业燃料电池阴极催化剂面临的活性低、稳定性差、成本高等技术问题，具有潜在的实际应用价值。

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【技术保护点】

1.一种PtCuNi合金纳米催化剂，其特征在于：为中空开放的纳米框架结构，平均粒径为15～18nm。

2.一种权利要求1所述的PtCuNi合金纳米催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

3.根据权利要求2所述的PtCuNi合金纳米催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的乙酰丙酮铜、二水氯化铜和抗坏血酸的摩尔比为0～1:4:3～10。

4.根据权利要求2所述的PtCuNi合金纳米催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的油胺和十八烯体积比为1:0～1。

5.根据权利要求2所述的PtCuNi合金纳米催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中乙酰丙酮铂、乙酰丙酮镍、十六烷基三甲基溴化铵和Cu纳米晶的摩尔比为3:2:25～50:10。

6.根据权利要求2所述的PtCuNi合金纳米催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的硝酸溶液的浓度为1～10mol/L，处理的温度为25～80℃，处理的时间为0.05～24h。

7.一种如权利要求1的PtCuNi合金纳米催化剂在燃料电池氧气还原反应和全电池中的应用。p>...

【技术特征摘要】

1.一种ptcuni合金纳米催化剂，其特征在于：为中空开放的纳米框架结构，平均粒径为15～18nm。

2.一种权利要求1所述的ptcuni合金纳米催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

3.根据权利要求2所述的ptcuni合金纳米催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的乙酰丙酮铜、二水氯化铜和抗坏血酸的摩尔比为0～1:4:3～10。

4.根据权利要求2所述的ptcuni合金纳米催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的油胺和十八烯体积比为1:0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏健，冯勇，杨代辉，史晓斐，马东伟，何苗苗，田合鑫，陈晓涛，刘江涛，
申请(专利权)人：贵州梅岭电源有限公司，
类型：发明
国别省市：

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