[发明专利]一种空心球状介孔PtAu纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种空心球状介孔PtAu双金属甲醇燃料电池催化剂及其制备方法。该空心球状纳米材料，为由壳层形成的中空球体；所述壳层的内表面由金构成，所述壳层的外表面由铂构成；且所述壳层具有连续多孔结构。所述壳层的厚度为5nm‑200nm；所述孔的直径为1nm‑15nm；所述空心球状纳米材料的粒径为50nm‑2000nm；所述壳层的金和铂的原子比均为0.1‑9.9：1。本发明利用模板法通过种子生长法在模板上形成双金属壳层制备核壳结构，再利用溶剂去除模板形成空心双金属壳层。本发明提供的方法通过控制每一步的制备条件可以实现催化剂结构，形貌和组成上的精确调控，操作上简单易行。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种空心球状介孔PtAu纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

甲醇燃料电池是一种直接把甲醇作为燃料转化为电能的发电装置。相对于传统的化石燃料为基础内燃机设备，甲醇燃料电池有更高的能量效率和更加清洁环保，因而受到广泛的关注。甲醇燃料电池应用发展面临的问题就是甲醇在阳极催化剂上氧化速度缓慢，这严重限制了甲醇燃料电池的发展，因此解决阳极催化剂问题吸引广泛的研究关注。Pt具有很高的甲醇催化氧化活性而被广泛研究，但如何提高Pt催化剂效率，稳定性及耐久性是目前研究的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种空心球状介孔PtAu双金属甲醇燃料电池催化剂及其制备方法。

本发明提供的空心球状纳米材料，为由壳层形成的中空球体；

所述壳层的内表面由金构成，

所述壳层的外表面由铂构成；

且所述壳层具有连续多孔结构。

上述空心球状纳米材料中，所述壳层的厚度为5nm-200nm，具体为20nm；

所述孔的直径为1nm-15nm；

所述空心球状纳米材料的粒径为50nm-2000nm，具体为280nm；

所述壳层的金和铂的原子比为0.1-9.9：1，具体为1:1。

本发明提供的制备所述空心球状纳米材料的方法，包括如下步骤：

1)将PEI修饰的模板剂微球和纳米金溶胶混合，搅拌后，离心，得到金溶胶修饰的模板分散液；

2)在还原剂存在的条件下，将步骤1)所得金溶胶修饰的模板分散液依次与含有金源的生长液和含有铂源的生长液进行反应，反应完毕后在脱模剂中加热脱模，得到所述空心球状纳米材料。

上述方法的步骤1)中，所述模板剂微球选自聚苯乙烯球、酚醛树脂微球、二氧化硅微球、二氧化钛微球、碳酸钙微球和氧化镁微球中的任意一种；

所述模板剂微球的粒径为50nm-2000nm，具体为260nm；

所述纳米金溶胶中，纳米金溶胶种子的粒径为3nm-5nm；

所述PEI修饰的模板剂微球与金溶胶的用量比为1：1-10，具体为1:5；

所述搅拌步骤中，搅拌的时间为5-30min，具体为20min；

所述离心步骤中，离心转速为2000-8000rpm，具体为4000rpm；离心的时间为5-20min，具体为10min；离心的次数为2-5次，具体为3次。

所述PEI修饰的模板剂微球是按照包括如下步骤的方法制备而得：

将模板剂微球的水溶液与PEI的水溶液混合进行搅拌，再离心，得到所述PEI修饰的模板剂微球；

其中，所述模板剂微球的水溶液的浓度为1-10mM，具体为2mM；