[发明专利]一种Pd核@Pt壳纳米催化剂的光化学制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别是涉及一种Pd核Pt壳纳米催化剂的光化学制备方法。

背景技术

低成本的低温燃料电池催化剂是目前该领域技术发展的主要方向之一。目前商品催化剂主要为Pt/C和PtRu/C催化剂。由于Pd相对于Pt更低廉的价格及广泛的催化活性，近年来Pd已引起研究者的关注。Pd核Pt壳纳米结构可以使价格较高、催化性能优良的Pt主要分布在催化剂粒子表面，有利于提高Pt的利用率，降低催化剂成本。专利CN 102107137A提出一种前驱体溶液浸渍载体，热化学还原制备Pt-Pd催化剂方法。该方法不能获Pd核Pt壳结构。K. Sasaki等在Pd粒子表面沉积单层Cu原子，然后再用Pt原子置换Cu原子（欠电位沉积法），合成了具有单原子层Pt壳的Pd核Pt壳纳米粒子（Electrochimica Acta, 2010, 55: 2645-2652.）。该方法工艺复杂、要求较高而且反应时间较长，不易放大。利用光化学还原制备Pd核Pt壳纳米催化剂的方法则具有一系列独特的优点。例如，获得的Pd核Pt壳纳米材料纯净，与化学试剂还原法相比，无过量化学还原剂或还原剂反应产物对粒子产生的吸附污染；制备工艺简单，成本低；获得的催化剂纳米粒子具有核-壳复合结构；易于控制粒子的大小、单分散性好等等。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种Pd核Pt壳纳米催化剂的光化学制备方法，该方法工艺简单，成本低；获得的催化剂纳米粒子具有核-壳复合结构；易于控制粒子的大小、单分散性好；适合在低温燃料电池领域广泛应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种Pd核Pt壳纳米催化剂的光化学制备方法，所述方法包括以下制备过程：

①取PdCl₂水溶液、聚乙二醇、丙酮水溶液混合，获得混合溶液a，取H₂PtCl₆水溶液、聚乙二醇、丙酮水溶液混合，获得混合溶液b；

②用波长200~360 nm之间至少一种波长的紫外光照射步骤①所得混合溶液a，直到溶液体系Pd粒子的表面等离子体共振光谱吸光度不再变化为止，停止照射，即获得纳米Pd胶体溶液c，将溶液c与步骤①所得混合溶液b任意比例混合，获得混合溶液d，用波长200~360 nm之间至少一种波长的紫外光照射步骤②所得混合溶液d，直到溶液体系的表面等离子体共振光谱吸光度不再变化为止，停止照射，获得Pd核Pt壳纳米胶体溶液e；

③在搅拌步骤②所获得胶体溶液e的条件下，将碳载体浸入2~24h，抽滤并用去离子水洗涤至无氯，即获得Pd核Pt壳纳米催化剂。

所述的一种Pd核Pt壳纳米催化剂的光化学制备方法，所述获得的纳米粒子结构为核壳结构，且Pd核Pt壳。

   所述的一种Pd核Pt壳纳米催化剂的光化学制备方法，所述步骤②紫外光的总辐射强度为0.5~1 x 10⁶Cal/m²·S。

所述的一种Pd核Pt壳纳米催化剂的光化学制备方法，所述各混合溶液金属总浓度范围为：40~250mg/L，所述聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG）分子量可从400-6000，聚乙二醇与金属质量比为10~1000∶1，丙酮与金属质量比为200~ 2000∶1。

所述的一种Pd核Pt壳纳米催化剂的光化学制备方法，所述步骤③碳载体为炭黑、碳纳米管或改性的炭黑、碳纳米管中的一种或多种混合物，载体的比表面积为100~2000m²/g。

所述的一种Pd核Pt壳纳米催化剂的光化学制备方法，所述催化剂金属总担载量为10~60%。

本发明的优点与效果是：

本发明制备工艺简单，成本低；获得的催化剂纳米粒子具有核-壳复合结构；易于控制粒子的大小、单分散性好；适合在低温燃料电池领域广泛应用。

附图说明

图1为实施例1制备的Pd核Pt壳纳米催化剂的CV曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

1）取2 ml含Pd(II) 300 mg/L的PdCl₂溶液，用水稀释后加入PEG400 2.5 g，2 ml丙酮，以水定容至25 ml，混匀。

2）将混合物溶液转移到石英反应器中，在254 nm紫外灯下（48W）照射15 min，直到溶液体系Pd粒子的表面等离子体共振光谱吸光度不再变化为止。