超細PtRh納米線及其催化劑制備方法、應用技術

本發明專利技術公開了超細PtRh納米線，Rh原子均勻地摻雜在Pt超細納米線中。本發明專利技術還公開了上述超細PtRh納米線的制備方法。本發明專利技術還公開了一種PtRh/C金屬納米催化劑。本發明專利技術還公開了上述PtRh/C金屬納米催化劑的制備方法。本發明專利技術還公開了上述PtRh/C金屬納米催化劑在燃料電池陰極氧還原反應過程中作為催化劑的應用。本發明專利技術所得納米晶體尺寸均一，分散性好，穩定性好，并且具有較高的催化反應活性。

Superfine PtRh nano wire and its catalyst, preparation method and Application

The ultrafine PtRh nanowires are uniformly doped with Rh atoms in Pt ultrafine nanowires. The invention also discloses the preparation method of the superfine PtRh nanometer wire. The invention also discloses a PtRh/C metal nanometer catalyst. The invention also discloses the preparation method of the PtRh/C metal nanometer catalyst. The invention also discloses the application of the PtRh/C metal nanometer catalyst as a catalyst in the oxygen reduction reaction of the fuel cell cathode. The nano crystal obtained by the invention has the advantages of uniform size, good dispersivity, good stability and high catalytic activity.

【技術實現步驟摘要】
超細PtRh納米線及其催化劑制備方法、應用
本專利技術涉及貴金屬納米催化劑
，尤其涉及超細PtRh納米線及其制備方法，和PtRh/C金屬納米催化劑及其制備方法、應用。
技術介紹
隨著全球經濟的發展，人類對能源的需求與日俱增。化石能源是人類目前主要的能源來源，而大量化石能源的使用，造成了能源短缺問題及一系列的環境問題。因此，開發清潔能源刻不容緩。近年來，質子交換膜燃料電池受到各國科學家們的廣泛關注。它是一種可以直接將化學能轉化為電能的發電裝置，具有功率密度大、能量轉化效率高、綠色環保、結構簡單等優點。其常用的陰極氧還原催化劑為碳載鉑，其中金屬鉑的催化活性相對較高，但是碳載鉑的穩定性有待提高，因此在限制了質子交換膜燃料電池的發展。經對現有相關材料的檢索發現，設計催化劑結構及金屬參雜能顯著提高催化劑的穩定性和催化性能。例如，《美國化學會會志》(JournaloftheAmericanChemicalSociety,132,14364,2010)報道了在AuNi0.5Fe核上生長少量原子層Pt的方法，成功地提高了催化劑的催化性能和穩定性。《德國應用化學雜志》(Angewandtechemie-internationaledition，46,4060，2007)報道了生長Pt納米管和PtPd納米管的方法，顯著提高了催化劑的穩定性。到目前為止，尚未有人報導出快速制備Pt超細納米線參雜少量Rh的方法。
技術實現思路
基于
技術介紹
存在的技術問題，本專利技術提出了超細PtRh納米線及其制備方法、PtRh/C金屬納米催化劑及其制備方法、應用，其在陰極氧還原反應中具有高活性和高穩定性，從而發揮其在質子交換膜燃料電池陰極氧還原反應中的催化優勢并發掘出更廣闊的應用潛能。本專利技術提出的超細PtRh納米線，Rh原子均勻地摻雜在Pt超細納米線中。優選地，Pt超細納米線具有一維結構。優選地，Rh元素與Pt元素的質量比為0.7～0.9：14～15。本專利技術還提出的上述超細PtRh納米線的制備方法，依次將乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮銠和雙十二烷基二甲基溴化銨加入油胺中進行超聲處理得到混合溶液；向混合液中加入羰基鎢，升溫進行高溫反應，冷卻至室溫，清洗，干燥得到超細PtRh納米線。優選地，乙酰丙酮鉑和油胺的質量體積比(mg/mL)為28～30：4.8～5.2，乙酰丙酮銠和油胺的質量體積比(mg/mL)為2.7～3.5：4.8～5.2，雙十二烷基二甲基溴化銨和油胺的質量體積比(mg/mL)為85～95：4.8～5.2，羰基鎢和油胺的質量體積比(mg/mL)為9～11：4.8～5.2。優選地，乙酰丙酮鉑和油胺的質量體積比(mg/mL)為28.8：5，乙酰丙酮銠和油胺的質量體積比(mg/mL)為3.2：5，雙十二烷基二甲基溴化銨和油胺的質量體積比(mg/mL)為90：5，羰基鎢和油胺的質量體積比(mg/mL)為10：5。優選地，超聲處理的時間為0.4～0.6h，優選為0.5h。優選地，高溫反應的溫度為175～185℃，高溫反應的時間為1.5h～2.5h。優選地，高溫反應的溫度為180℃，高溫反應的時間為2h。優選地，干燥的溫度為75～85℃，優選為80℃。優選地，清洗的具體操作如下：將冷卻至室溫后物料進行離心分離，將離心所得產物用非極性溶劑進行超聲洗滌，重復上述離心分離和超聲洗滌3次。優選地，離心分離的轉速為15000～16000轉/min，離心分離的時間為5～7min。優選地，超聲洗滌時間為1～2min。優選地，非極性溶劑為己烷。本專利技術還提出的一種PtRh/C金屬納米催化劑，其為炭黑的表面負載有上述超細PtRh納米線，其中Pt的質量分數為20％。本專利技術還提出的上述PtRh/C金屬納米催化劑的制備方法，將含上述超細PtRh納米線的己烷溶液緩慢注入炭黑的己烷溶液中得到溶液A，超聲處理，清洗，干燥得到PtRh/C金屬納米催化劑。優選地，含上述超細PtRh納米線的己烷溶液中，Pt元素的濃度為0.5～1.5mg/mL，優選為1mg/mL。優選地，炭黑的己烷溶液的濃度為0.5～1.5mg/mL，優選為1mg/mL。優選地，溶液A中，Pt元素與炭黑的質量比為0.195～0.204：0.8，優選為0.2：0.8。優選地，超聲時間為2～4h，優選為3h。優選地，干燥溫度為70～90℃，優選為80℃。優選地，清洗的具體操作如下：將超聲處理后物料進行離心分離，將離心所得產物用極性溶劑進行超聲洗滌，然后重復上述離心分離和超聲洗滌3次。優選地，離心轉速為15000～16000轉/min，離心的時間為7～10min。優選地，超聲洗滌時間為1～2min。優選地，極性溶劑為乙醇。本專利技術還提出的上述PtRh/C金屬納米催化劑在燃料電池陰極氧還原反應過程中作為催化劑的應用。上述Pt為鉑元素，Rh為銠元素，C為炭黑。本專利技術將Rh原子均勻地參雜在一維的Pt超細納米線中，構建出一種PtRh/C金屬納米催化劑，既成功合成了一維材料，提高了催化劑的原子利用率；又基于Rh原子在Pt納米線中的高分散性而具有較強的金屬相互作用，使所得PtRh/C納米催化劑在在陰極氧還原反應中具有很高的催化活性和催化穩定性。將本專利技術所得PtRh/C金屬納米催化劑與美國JohnsonMattney公司生產的商用催化劑Pt/C進行對比，本專利技術的PtRh/C金屬納米催化劑的質量活性提高了約8倍，面積活性提高了約5倍，而且穩定性顯著提高。因此，在質子交換膜燃料電池催化
具有廣闊的應用前景。附圖說明圖1為本專利技術實施例4所得超細PtRh納米線的透射電子顯微鏡像。圖2為本專利技術實施例4所得超細PtRh納米線的高倍透射電子顯微鏡像。圖3為本專利技術實施例4所得超細PtRh納米線的原子分辨率掃描透射電子顯微鏡高角環形暗場像。圖4為本專利技術實施例4所得單個超細PtRh納米線的掃描透射電子顯微鏡-元素線掃描。圖5為本專利技術實施例4所得PtRh/C金屬納米催化劑的透射電子顯微鏡像。圖6為本專利技術實施例4所得PtRh/C金屬納米催化劑與對比樣品在電位為0.9V時的質量活性圖。圖7為本專利技術實施例4所得PtRh/C金屬納米催化劑與對比樣品在電位為0.9V時的面積活性圖。圖8為本專利技術實施例4所得PtRh/C金屬納米催化劑與對比樣品在電位為0.9V時的穩定性圖。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進行詳細說明。實施例1本專利技術提出的一種超細PtRh納米線的制備方法，依次將乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮銠和雙十二烷基二甲基溴化銨加入油胺中進行超聲處理得到混合溶液；向混合液中加入羰基鎢，升溫進行高溫反應，冷卻至室溫，清洗，干燥得到超細PtRh納米線。本專利技術提出的一種PtRh/C金屬納米催化劑的制備方法，將含上述超細PtRh納米線的己烷溶液緩慢注入炭黑的己烷溶液中得到溶液A，超聲處理，清洗，干燥得到PtRh/C金屬納米催化劑。實施例2本專利技術提出的一種超細PtRh納米線的制備方法，依次將乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮銠和雙十二烷基二甲基溴化銨加入油胺中超聲處理0.4h得到混合溶液，乙酰丙酮鉑和油胺的質量體積比(mg/mL)為30：4.8，乙酰丙酮銠和油胺的質量體積比(mg/mL)為3.5：4.8，雙十二烷基二甲基溴化銨和油胺的質量體積比(mg/mL)為95：4.8；向混合液本文檔來自技高網...

【技術保護點】
超細PtRh納米線，其特征在于，Rh原子均勻地摻雜在Pt超細納米線中。

【技術特征摘要】
1.超細PtRh納米線，其特征在于，Rh原子均勻地摻雜在Pt超細納米線中。2.根據權利要求1所述超細PtRh納米線，其特征在于，Rh元素與Pt元素的質量比為0.7～0.9：14～15。3.一種如權利要求1或2所述超細PtRh納米線的制備方法，其特征在于，依次將乙酰丙酮鉑、乙酰丙酮銠和雙十二烷基二甲基溴化銨加入油胺中進行超聲處理得到混合溶液；向混合液中加入羰基鎢，升溫進行高溫反應，冷卻至室溫，清洗，干燥得到超細PtRh納米線。4.根據權利要求3所述超細PtRh納米線的制備方法，其特征在于，乙酰丙酮鉑和油胺的質量體積比(mg/mL)為28～30：4.8～5.2，乙酰丙酮銠和油胺的質量體積比(mg/mL)為2.7～3.5：4.8～5.2，雙十二烷基二甲基溴化銨和油胺的質量體積比(mg/mL)為85～95：4.8～5.2，羰基鎢和油胺的質量體積比(mg/mL)為9～11：4.8～5.2；優選地，超聲處理的時間為0.4～0.6h；優選地，高溫反應的溫度為175～185℃，高溫反應的時間為1.5h～2.5h；優選地，干燥的溫度為75～85℃。5.根據權利要求3或4所述超細PtRh納米線的制備方法，其特征在于，清洗的具體操作如下：將冷卻至室溫后物料進行離心分離，將離心所得產物用非極性溶劑進行超聲洗滌，然后重復上述離心分離和超聲洗滌3次；優選地，離心分離的轉速為15000～16000轉/min，離心分離的時間為...

【專利技術屬性】
技術研發人員：葉春苗，李衎，黃宏文，曾杰，
申請(專利權)人：中國科學技術大學先進技術研究院，
類型：發明
國別省市：安徽,34