[发明专利]一种铂包覆金纳米晶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂领域，尤其涉及一种铂包覆金纳米晶材料及其制备方法和应用。本发明提供的铂包覆金纳米晶材料的制备方法，包括以下步骤：a)、金纳米晶、哌嗪衍生物和铂源化合物在溶剂中混合反应，得到铂包覆金纳米晶材料。本发明提供的制备方法能够在金纳米晶表面包覆较薄的铂层，从而使制备的铂包覆金纳米晶材料表现出较好的催化性能。此外，本发明提供的制备方法简单快速，处理过程简单，不使用强酸、强碱溶剂，具有较好的应用前景。实验结果表明，本发明制备得到的铂包覆金纳米晶材料的铂层为亚原子层～几个原子层的厚度。

技术领域

本发明属于催化剂领域，尤其涉及一种铂包覆金纳米晶材料及其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池技术因具有高能量密度和高能量转化效率等优异特性，已经被认为是目前最具潜力的清洁能源。鉴于燃料电池中的电化学反应、物质传输以及能量转化主要发生在电极与电解质界面上，电催化剂性能对燃料电池的化学能转变为电能的效率起到了至关重要的作用。在众多的电催化剂中，铂基催化材料仍然是目前应用于燃料电池中催化性能最好的催化剂。但是，铂价格昂贵、储量少以及铂基催化剂不稳定等缺点，使得燃料电池在商业应用方面面临严峻挑战。因此，发展新型铂基催化剂，尽可能降低铂的使用并提高其催化性能是相关研究领域的一个重要课题。

基于此，现有技术已经公开了多种形貌的铂基二元或多元金属催化剂，其中，将贵金属包覆于非铂金属核表面得到核壳结构的催化剂是一种降低铂用量的有效方式之一。因核-壳金属间的相互作用，铂壳的电催化活性可得到有效调控和提高。例如，金-铂核壳结构因其(金)核(铂)壳晶格错配作用使其催化性能优于单纯的铂催化材料。在目前公开的核壳材料中，铂壳厚度一般为2～5nm。

从原理上，只有材料表面的铂原子能够提供催化活性位点，而大量的内部原子并没有参与催化过程。因此，从铂的利用最大化的角度考虑，在其它材料表面包覆的铂壳厚度越薄越好。但是，获得薄层铂壳厚度需要依据核的尺寸对铂的用量进行精确计算和严格控制，基于现有已经公开的合成方法，很难获得尺寸一致的内核纳米粒子，因此，在非铂材料的内核上包覆厚度较薄的铂壳是非常困难的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铂包覆金纳米晶材料及其制备方法和应用，采用本发明提供的方法制备得到的铂包覆金纳米晶材料的铂层较薄。

本发明提供了一种铂包覆金纳米晶材料的制备方法，包括以下步骤：

a)、金纳米晶、哌嗪衍生物和铂源化合物在溶剂中混合反应，得到铂包覆金纳米晶材料。

优选的，所述哌嗪衍生物包括4-羟乙基哌嗪乙磺酸和/或3-(羟乙基哌嗪)-2-羟基丙磺酸。

优选的，所述金纳米晶、哌嗪衍生物、铂源化合物和溶剂的用量比为(0.001～0.2)nmol：(0.08～2)mmol：(0.0001～0.2)mmol：0.01L。

优选的，所述反应的时间为1～120min；所述反应的温度为10～40℃。

优选的，所述步骤a)具体包括：

a1)、将金纳米晶、哌嗪衍生物和部分溶剂混合，得到混合液；将铂源化合物和余量溶剂混合，得到铂源化合物溶液；

a2)、将所述铂源化合物溶液加入到所述混合液中进行反应，得到铂包覆金纳米晶材料。

优选的，所述金纳米晶的粒径为1～100nm。

优选的，所述金纳米晶包括球型金纳米晶和/或花型金纳米晶。