[发明专利]一种有效素化贵金属并提升其电催化性能的制备方法

说明书

本发明属于纳米材料和电化学催化技术领域，具体涉及一种有效素化贵金属提升其电催化性能的制备方法。按照一定的元素摩尔比将原料混合均匀，置于密闭反应釜中，进行铂基合金原位还原负载生长反应，获得均匀负载于多孔碳上铂基合金纳米颗粒，对铂合金纳米晶进行素化处理，获得只有铂元素的富含空穴和晶格缺陷的铂纳米晶催化剂。所制备的素化铂纳米颗粒催化效果明显优于目前商业上使用的碳载铂催化剂。本发明在制备纳米晶贵金属铂方面具有工艺步骤简单、流程短、铂纳米晶形貌结构可调等优势，易于大规模生产，在许多工业催化剂或其他学科领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于纳米材料和电化学催化技术领域，具体涉及一种有效素化贵金属并提升其电催化性能的制备方法。

背景技术

材料素化是近年来在对材料科技发展趋势的综合研究分析下提出的新概念。多年来，材料，尤其是金属材料的发展依赖于合金化来调节材料性能，但合金化在很多体系中的发展潜力已经被挖掘殆尽，而且合金化也加重了对自然资源的依赖。材料素化指通过跨尺度构筑与组织结构调控，制造少合金化的“素”材料，大幅度提高材料的综合性能，实现在最终获得的高性能材料中不含或含有极少量的合金化元素，通过调控材料的电子结构、晶格及相结构、形态与尺寸、以及界面表面结构等，减少或替代贵重、稀有、或有毒元素的使用。它为我们解决材料面临的可持续发展难题提供了一个全新的思路。实现材料素化的关键是有效控制材料中的各类缺陷，这一点材料科学研究已经获得广泛的共识，但实现起来存在诸多挑战，仍然有很长的路要走。

铂基纳米材料由于其独特的物理化学性质，在氧还原、甲醇氧化以及电解水产氢等方面都表现出了明显优异于其他金属元素的特点，具有较高的电流密度、长时间保持良好催化性能的稳定性和材料本身不与空气、水等发生反应，在催化等很多领域都有广泛的应用。但是贵金属的储量稀少，价格昂贵，提高贵金属的使用效率势在必行。国内外研究人员也进行了相关的研究报道，例如将铂制备成尺寸极小的纳米颗粒、根据不同晶面的催化活性区别指导取向铂纳米晶的生成以及贵金属与非贵金属结合制备成多元金属合金，以期大幅减少贵金属用量。虽然有些效果明显，但是仅通过形貌的调整，还不能实现贵金属铂用量的有效减少，而引入其他合金元素，不但造成了对合金化元素的依赖，同时也违背了材料素化的发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效素化贵金属并提升其电催化性能的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种有效素化贵金属并提升其电催化性能的制备方法，包括以下步骤：

(1)铂基纳米晶合金原料：将过渡金属的乙酰丙酮化物、铂源、抗坏血酸、N＇N-二甲基甲酰胺(DMF)、多孔碳进行超声混合分散0.5-2小时，磁力搅拌处理5-10小时，获得反应物合金原料即为充分弥散分布到多孔碳孔道之中的悬浮溶液；其中，铂的负载量为10-30wt.％，过渡金属在合金原料中的原子比例为10-30at.％。采用过量的抗坏血酸和DMF。

(2)一步水热法原位还原负载生长反应：将步骤(1)制备得到的均匀悬浮液置于反应釜中，反应温度为170-220℃，升温速率为2-8℃/min，保温时间为10-4小时，进行合金原位还原负载生长反应；反应结束后采用自然降温至室温，对产物采用5000-10000转/分钟离心5-15分钟，收集产物，洗涤、干燥得铂基合金粉末；

(3)素化处理：将步骤(2)得到的纳米铂基合金置于含有有机酸的乙醇溶液中浸蚀12-24小时进行脱合金元素处理，而后采用乙醇清洗三遍，离心转速为4000-6000转/分钟，离心时间为3-5分钟，得到素化完成的铂纳米颗粒催化剂。

进一步的说，