[发明专利]一种制备形状和表层晶面可控的铂合金纳米粒子的方法;

说明书

技术领域

本发明属于金属合金纳米粒子制备技术领域，特别涉及一种通过加入非配体溶剂、调节配体间的比例，经过简单加热制备具有不同形状，表层晶面以及电催化性质的铂合金纳米粒子的方法。 

背景技术

燃料电池因其具有较高的能量转化效率受到人们广泛的关注。而在众多形式的燃料电池当中，直接甲醇燃料电池具有操作温度低、原料供给方便等优势。在传统的操作工艺中，主要将贵金属铂作为这种燃料电池的催化剂，通过催化甲醇在阳极的氧化过程从而增强电池的性能。但是由于贵金属铂的高成本、稀有性以及有限的催化能力，限制了这种电池技术的工业化应用。而且在催化甲醇的阳极氧化过程中，所生成的中间产物一氧化碳可以导致催化剂铂中毒，这使得金属铂催化剂的活性大大降低。随着人们进一步的研究，铁、钴、镍、铜、铬、锰等3d过渡金属与铂所形成的二元合金被人们所发现。这些二元合金可以有效的降低催化剂表面对于一氧化碳的吸附作用，从而提高其对于甲醇的催化性能。需要注意的是，以铂为基础的二元合金纳米粒子的催化活性不仅与其组成有关，还与合金纳米粒子裸露的表层晶面有关。已经有研究表明，合金纳米粒子的催化性能可依据(100)，(110)，(111)等不同晶面而有所改善。近期更有人提出，(111)晶面的催化性能将是各晶面中最优的。 

发明内容

本发明的目的是利用“一锅法”制备形状以及表层晶面可控的铂合金纳米粒子，即通过一次加料、引入非配体溶剂、改变不同配体之间的比例，合成形状及表层晶面可控的油溶性铂合金纳米粒子，同时电化学催化性质得到提高。这种方法合成过程简单，晶面控制精确，催化性能提升显著，可以进一步促进直接甲醇燃料电池技术在工业生产上的应用。 

本发明选用油酸以及油胺作为共同配体，获得了球形、立方体以及类花形的油溶性铂合金纳米粒子。通过调节两配体之间的比例，实现了对铂合金纳米粒子形状的调控。这种方法对于粒子形状的控制准确而且简单，适用于多种合金纳米粒子。 

本发明应用“一锅法”合成油溶性的合金纳米粒子，整个制备过程中只需一次加入反应原料，无需二次注射，实验操作简单，危险性小，具有很好的重复性，有 利于合金纳米粒子的工业化生产。 

本发明所得到的铂合金纳米粒子，由于粒子的表层晶面不同，在催化电池反应时催化活性也有了很大提高。将这种铂合金纳米粒子应用于电极材料，可使燃料电池的工艺得到进一步发展。 

具体来说，本发明的步骤如下： 

1、将铂源及其它金属源连同脂肪族醇还原剂同时加入到非极性溶液中，再向溶液中加入体积比为1∶10～10∶1的油酸和油胺作为共同配体； 

2、将上述溶液在搅拌条件下抽真空，后通入氮气；反复抽真空、通氮气过程2～4次，每次5～15分钟，以除去溶解在体系中的氧气；在保持真空的条件下加热至50～100℃，持续20～60分钟使反应物全部溶解，并除去部分吸入的水分；最后在氮气保护条件下，升温到180～250℃保持0.5～1.5小时； 

3、将所制得的铂合金纳米粒子加入乙醇反沉淀，经离心后溶解于氯仿中进行洗涤，反复3～4次离心及洗涤步骤，除去多余的配体及副产物，从而得到油溶性二元铂合金纳米粒子。 

取10微升、质量分数为4克每升的二元铂合金纳米粒子氯仿溶液，滴加至金盘电极表面，充分干燥后，进行氩气的等离子刻蚀处理30～60分钟，除去表面配体。将所制好的电极分别置于稀硫酸、高氯酸及甲醇的混合溶液当中，以饱和氯化银为参比电极，铂丝电极为对电极，进行循环伏安特性曲线测试。 

本发明所述方法可用于制备FePt、CoPt₃、NiPt₃、CuPt₃、CrPt₃、MnPt等多种油溶性的二元铂合金纳米粒子。