一種納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料制造技術

本發明專利技術公開了一種納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料，通過靜電紡絲技術和化學氣相沉積而制得的，鉑銅合金納米顆粒均勻的分散在碳納米纖維上，無明顯的團聚現象，粒徑小，分布均勻，活性位點多，有利于提高材料的催化活性。制備過程工藝流程簡單且無有毒害物質產生，對環境友好無污染，重復性好，具有良好的產業化應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種電解水催化材料，特別涉及一種納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料。
技術介紹
近年來，環境枯竭和能源污染等問題引起了科學家們的廣泛關注，而氫氣作為一種理想、高效的能源，將有很大的希望取代化石燃料，成為未來的新能源的主導者。在眾多制氫技術中，電解水制氫具有操作簡便、成本低廉和無污染等優點，被認為是一種最有前途的制氫技術。高效的析氫電極材料應具有導電性好、比表面積大、析氫過電位低、電催化活性高、電化學穩定性好且抗腐蝕性強等特點。然而，大部分電極由于高析氫過電位產生的高能耗沒有在實際生產中得到廣泛應用，因此，制備性能優良的低析氫過電位的電極材料具有重要的意義。迄今，Pt、Pd等貴金屬仍是最好的析氫催化劑，但是貴金屬價格昂貴，不能在工業生產中大規模使用。因此尋找低析氫過電位、高催化活性的析氫電極材料具有重要的意義。而合金結構的雙金屬催化劑用于電解水制氫的相關研究越來越多，不僅能提高金屬的利用率，降低催化劑成本，而且由于兩種金屬之間具有的電子效應和協同效應使得催化活性顯著提高。因此，如何設計和制備具有高催化活性和良好的穩定性的電解水制氫催化材料的同時減少貴金屬的含量以降低生產成本是當前亟待解決的問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料，鉑銅合金尺寸小，分布均勻，無明顯的團聚現象，催化活性高，穩定性和重復性好。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：一種納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料，所述納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料為鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料，通過以下步驟制備而得：（1）將溶劑放入容器中，然后將高分子聚合物緩慢加入，不停攪拌至完全溶解，再加入水溶性的鉑源和水溶性的銅源，攪拌混合均勻，制得前驅體溶液；（2）將步驟（1）中所制得的前驅體溶液移至注射器中，然后將注射器固定在靜電紡絲的注射泵上，高壓直流電源的正極與注射器的針頭連接，高壓直流電源的負極與鋪有鋁箔的收集板連接，調節流速與紡絲距離（收集板與針頭之間的距離），提供電壓即可在收集板上得到含有鉑源與銅源的高分子聚合物的復合納米纖維；（3）將步驟（2）中所制得的復合納米纖維真空干燥，然后再把干燥后的復合納米纖維包裹在剛玉舟上并放入化學氣相沉積的管式爐內，在空氣氣氛200-500℃下預氧化1-3小時，然后在惰性氣體氣氛中升溫至800-1000℃，保溫1-3小時，冷卻后得到鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料。作為優選，所述鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料中碳納米纖維的細度為100-3000nm。作為優選，所述鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料中鉑銅合金納米粒子的粒徑為0.5-50nm。作為優選，所述前驅體溶液中各組分的質量濃度如下：高分子聚合物8～20％，鉑源1～50%，銅源1～50%，溶劑余量；所述溶劑為去離子水或DMF。優選的，所述前驅體溶液中各組分的質量濃度如下：高分子聚合物8～20％，鉑源10～30%，銅源10～30%，溶劑余量；所述溶劑為去離子水或DMF。作為優選，步驟（2）中調節流速為0.3～0.6mL/h，紡絲距離為10～20cm。作為優選，所述高分子聚合物為聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或幾種。作為優選，所述鉑源選自氯鉑酸、乙酰丙酮鉑中的一種或兩種。作為優選，所述銅源氯化銅、硝酸銅、硫酸銅中的一種或幾種。作為優選，步驟（3）中，升溫至800-1000℃的升溫速率為1-10℃/分鐘。作為優選，所述的鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料作為電催化析氫反應的陰極催化劑。本專利技術的有益效果是：1）通過靜電紡絲技術和化學氣相沉積而制得的，鉑銅合金納米顆粒均勻的分散在碳納米纖維上，無明顯的團聚現象，粒徑小，分布均勻，活性位點多，有利于提高材料的催化活性。2）所制備的碳納米纖維可以將鉑銅合金納米顆粒包裹起來可以有效的防止其氧化和免受電解液的侵蝕，使材料具有很好的穩定性和耐腐蝕性。3）鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料具有高的比表面積，大的長徑比和孔隙率，好的分散程度和小的尺寸，有利于提高催化活性。4）制備過程工藝流程簡單且無有毒害物質產生，對環境友好無污染，重復性好，具有良好的產業化應用前景。附圖說明圖1是本專利技術鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維（PtCu/CNFs）雜化材料的掃描電鏡照片。圖2是本專利技術鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維（PtCu/CNFs）雜化材料的高倍透射電鏡照片。圖3是本專利技術鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維（PtCu/CNFs）雜化材料的電化學析氫的電催化活性圖。（a）是CuNPs/CNFs、PtNPs/CNFs、PtCuNPs/CNFs、Pt/C的極化曲線和（b）相應的塔菲爾；（C）是CuNPs/CNFs、PtNPs/CNFs、PtCuNPs/CNFs在開路電壓下測試的能奎斯特曲線；（d）是PtCuNPs/CNFs的時間電流響應曲線(j-t)。具體實施方式下面通過具體實施例，對本專利技術的技術方案作進一步的具體說明。本專利技術中，若非特指，所采用的原料和設備等均可從市場購得或是本領域常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領域的常規方法。總實施方案：一種納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料，所述納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料為鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料，通過以下步驟制備而得：（1）將溶劑放入容器中，然后將高分子聚合物緩慢加入，不停攪拌至完全溶解，再加入水溶性的鉑源和水溶性的銅源，攪拌混合均勻，制得前驅體溶液；所述前驅體溶液中各組分的質量濃度如下：高分子聚合物8～20％，鉑源1～50%，銅源1～50%，溶劑余量；所述溶劑為去離子水或DMF。優選的，所述前驅體溶液中各組分的質量濃度如下：高分子聚合物8～20％，鉑源10～30%，銅源10～30%，溶劑余量；所述溶劑為去離子水或DMF。所述高分子聚合物為聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮中的一種或幾種。所述鉑源選自氯鉑酸、乙酰丙酮鉑中的一種或兩種。所述銅源氯化銅、硝酸銅、硫酸銅中的一種或幾種。（2）將步驟（1）中所制得的前驅體溶液移至注射器中，然后將注射器固定在靜電紡絲的注射泵上，高壓直流電源的正極與注射器的針頭連接，高壓直流電源的負極與鋪有鋁箔的收集板連接，調節流速為0.3～0.6mL/h，紡絲距離10～20cm，提供電壓即可在收集板上得到含有鉑源與銅源的高分子聚合物的復合納米纖維。（3）將步驟（2）中所制得的復合納米纖維真空干燥，然后再把干燥后的復合納米纖維包裹在剛玉舟上并放入化學氣相沉積的管式爐內，在空氣氣氛200-500℃下預氧化1-3小時，然后在惰性氣體氣氛中升溫至800-1000℃，保溫1-3小時，冷卻后得到鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料，所述鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料中碳納米纖維的細度為100-3000nm，所述鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料中鉑銅合金納米粒子的粒徑為0.5-50nm。所述的鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料作為電催化析氫反應的陰極催化劑。實施例1：取聚乙烯醇（PVA）溶粉末于去離子水中，配成質量濃度為12%的水溶液，然后將氯化銅和氯鉑酸緩慢加入上述溶液中，不停的攪拌直至溶液混合均勻，即可得到前驅體溶液，前驅體溶液中各本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料，其特征在于，所述納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料為鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料，通過以下步驟制備而得：（1）將溶劑放入容器中，然后將高分子聚合物緩慢加入，不停攪拌至完全溶解，再加入水溶性的鉑源和水溶性的銅源，攪拌混合均勻，制得前驅體溶液；（2）將步驟（1）中所制得的前驅體溶液移至注射器中，然后將注射器固定在靜電紡絲的注射泵上，高壓直流電源的正極與注射器的針頭連接，高壓直流電源的負極與鋪有鋁箔的收集板連接，調節流速與紡絲距離，提供電壓即可在收集板上得到含有鉑源與銅源的高分子聚合物的復合納米纖維；（3）將步驟（2）中所制得的復合納米纖維真空干燥，然后再把干燥后的復合納米纖維包裹在剛玉舟上并放入化學氣相沉積的管式爐內，在空氣氣氛200?500℃下預氧化1?3小時，然后在惰性氣體氣氛中升溫至800?1000℃，保溫1?3小時，冷卻后得到鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料。

【技術特征摘要】
1.一種納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料，其特征在于，所述納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料為鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料，通過以下步驟制備而得：（1）將溶劑放入容器中，然后將高分子聚合物緩慢加入，不停攪拌至完全溶解，再加入水溶性的鉑源和水溶性的銅源，攪拌混合均勻，制得前驅體溶液；（2）將步驟（1）中所制得的前驅體溶液移至注射器中，然后將注射器固定在靜電紡絲的注射泵上，高壓直流電源的正極與注射器的針頭連接，高壓直流電源的負極與鋪有鋁箔的收集板連接，調節流速與紡絲距離，提供電壓即可在收集板上得到含有鉑源與銅源的高分子聚合物的復合納米纖維；（3）將步驟（2）中所制得的復合納米纖維真空干燥，然后再把干燥后的復合納米纖維包裹在剛玉舟上并放入化學氣相沉積的管式爐內，在空氣氣氛200-500℃下預氧化1-3小時，然后在惰性氣體氣氛中升溫至800-1000℃，保溫1-3小時，冷卻后得到鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料。2.根據權利要求1所述的一種納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料，其特征在于：所述鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料中碳納米纖維的細度為100-3000nm。3.根據權利要求1所述的一種納米尺寸鉑銅合金電解水催化材料，其特征在于：所述鉑銅合金納米粒子/碳納米纖維雜化材料中鉑銅合金...

【專利技術屬性】
技術研發人員：杜明亮，王娟，朱罕，張明，吳煒巍，姚菊明，
申請(專利權)人：浙江理工大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33