[发明专利]一种表面成分可控的Au@Pt-Au核壳纳米粒子的光辅助制备方法

说明书

技术领域

本发明属于燃料电池催化剂领域，具体涉及一种表面成分可控的AuPt-Au核壳纳米粒子的光辅助制备方法。

背景技术

甲醇燃料电池具有高的能量转化效率、低污染、易于携带等优势，吸引了众多科研工作者的研究。但由于阳极甲醇电氧化动力学过程缓慢，开发甲醇电氧化催化剂就显得尤为重要。Pt基纳米材料具有优异的电催化性能，是目前研究的一个热点。但由于纯Pt催化剂催化活性低且在甲醇电氧化过程中容易中毒，因此很多研究者通过向Pt中加入第二金属形成异质结构或者合金来提高其催化性能。

作为一种惰性金属，Au在腐蚀性电解质中十分稳定，且其与Pt的晶格匹配度高，使得Pt易在Au表面进行外延生长，因此，有研究者通过制备AuPt核壳结构来提高Pt的电催化性能。YijingLi等人通过在5.5nm的Au纳米粒子上原位生长Pt制备了AuPt的核壳纳米粒子，该纳米粒子相比于商用Pt黑，对甲醇电氧化催化活性提高了3倍多(YijingLietal.,Synthesisofcore-shellAu-Ptnanodendriteswithhighcatalyticperformanceviaovergrowthofplatinumoninsitugoldnanoparticles,J.Mater.Chem.A,2015,3,368)。而这种核壳结构性能的提高主要取决于Au对两相界面处Pt原子的修饰，而远离界面处的Pt原子性能并未得到提高，因此以原子尺度混合的Pt-Au合金的制备吸引了很多的科研工作者。由于对反应起催化作用的主要是催化剂的表面原子，内部原子对催化反应的影响很小，因此控制催化剂的表面成分是一个研究热点。JinSuntivich等人首先通过溶剂热法制备得到Pt-Au双金属纳米粒子，然后通过高温热处理的方式调控表面成分得到了具有较高甲醇电氧化催化活性和抗CO毒化能力的Pt-Au双金属合金纳米粒子(JinSuntivichetal.,SurfaceCompositionTuningofAu-PtBimetallicNanoparticlesforEnhancedCarbonMonoxideandMethanolElectro-oxidation,J.Am.Chem.Soc.2013,135,7985-7991)。MinYin等人通过微波辅助的多元醇还原法制备了具有不同表面成分的Pt-Au合金，通过控制加入H₂PtCl₆和HAuCl₄的量来调控表面成分从而提高其在甲醇电氧化过程中的抗CO毒化的性能(MinYinetal.,InhibitingCOformationbyadjustingsurfacecompositioninPtAualloysformethanolelectrooxidation,Chem.Commun.,2011,47,8172–8174)。

目前关于控制Pt-Au双金属纳米粒子表面成分从而应用于甲醇电催化氧化反应的报道主要有两种：其一是高温热处理法，通过控制热处理过程的参数，使Pt原子和Au原子得到不同程度的扩散，从而使表面成分得到调控，但高温热处理会使得晶粒长大并发生团聚，大大减小了纳米粒子的表面积，从而使其催化活性下降；其二是通过加入不同量的Pt和Au的前驱体，经共同还原后得到表面成分不同的Pt-Au双金属合金纳米粒子，但由于金属前驱体复杂的还原动力学，所得产物通常是富Au核-富Pt壳的核壳纳米粒子，很难对表面成分进行调控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种AuPt-Au核壳纳米粒子的制备方法，反应条件温和，室温下即可进行，重复性好，并且得到的AuPt-Au核壳纳米粒子尺寸均匀，表面成分可调。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种表面成分可控的AuPt-Au核壳纳米粒子的光辅助制备方法，其包括以下步骤：

1)制备AuPt核壳纳米粒子：向Au纳米溶胶中先后加入抗坏血酸溶液和H₂PtCl₆溶液，得到混合溶液，使混合溶液中Au元素、抗坏血酸和Pt元素的物质的量之比为1：5～10：1～2，随后将该混合溶液置于氙灯下，边搅拌边室温照射2～4h，得到含AuPt核壳纳米粒子的溶胶；