[发明专利]一种制备铂镍合金催化剂的方法

说明书

本发明涉及一种制备铂镍合金催化剂的方法，包括：用水热法制备碳载金属镍纳米颗粒，在一定的磁场条件下，使之与氯铂酸溶液进行化学反应，利用酸溶液去除反应物表面残余的镍原子，在经过离心、过滤、烘干的步骤，得到铂镍合金催化剂。本发明在磁场作用下利用化学沉积制备出铂镍合金催化剂，此种方法制备的铂镍合金催化剂中贵金属铂的含量高，催化性能好。与现代技术相比，通过磁场对铂镍合金形核和生长过程的影响，实现在磁场下制备具有较好催化活性的铂镍合金催化剂的目的。

技术领域

本发明涉及铂镍合金催化剂材料制备工艺技术领域，特别是一种制备铂镍合金催化剂的方法。

背景技术

Pt作为一种催化剂广泛应用于化工、能源和医学等各个领域。但是，金属Pt稀缺，价格昂贵，制约了其应用。例如，目前一台 100 kW 的燃料电池汽车需要大约100g的金属Pt；而金属Pt在地壳中已探明的储量仅为39000t。金属Pt的稀缺性决定了燃料电池汽车的成本必然会随着其广泛推广而上升。因此, 研究各种低 Pt 或非 Pt 催化剂具有重要意义。目前，人们开发出各种二元和三元Pt合金催化剂，如Pt-Ni、Pt-Pd、Pt-Au、Pt-Ag-Au和Pt-Fe合金，但此类催化剂中合金金属在酸性条件下易流失，从而使合金催化剂稳定性降低。同时，人们也开始研究其他非贵金属Pt催化剂，如碳化物、氧化物、氮氧化物、碳氮化物等,但迄今为止，此类非Pt催化剂的催化性能都不及Pt催化剂。因此，开发一种通过减少对Pt的依赖, 同时成本较低的催化剂具有重要意义。

近几年研究发现，可通过在纳米尺度上对金属催化剂颗粒的结构进行合理设计，来改变金属催化剂的物理化学性质，获得性能更好的催化剂。其中核壳结构纳米金属颗粒具有特殊的电子结构及表面性质，因而在催化等领域的应用日益受到重视，以Pt为壳结构的催化剂不仅可以提高催化剂的催化活性，还可以降低Pt的使用量。因此，研究以Pt为壳层的核壳结构纳米颗粒引起了人们广泛的关注。

金属材料制备过程中，磁场能够将高强度的能量无接触地传递到物质的原子尺度，甚至直接影响材料中原子、分子、离子或晶粒的迁移、匹配和排列等行为，从而对金属材料产生显著的影响，实现新材料的制备与改性。稳恒磁场在材料制备中主要有两大作用：一是磁场通过洛伦兹力产生磁流体动力学效应控制流体流动；二是磁场的取向作用，磁场可对材料整体产生均一的取向作用；磁场的磁场强度、磁场方向容易控制，具有灵活性；因此可通过对强磁场的调控，实现制备不同Pt壳层厚度的纳米催化剂材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备铂镍合金催化剂的方法。技术方案如下:

一种制备铂镍合金催化剂的方法，包括：

（a）利用碳载体制备碳载金属镍纳米颗粒；

（b）把所述碳载金属镍纳米颗粒放入氯铂酸溶液内，并加磁场使所述碳载金属镍纳米颗粒与所述氯铂酸溶液反应，得到铂镍合金反应物；

（c）去除所述铂镍合金反应物表面的杂质，经后处理得到铂镍合金催化剂。

所述步骤（a）中采用水热法制备所述碳载金属镍纳米颗粒。

所述步骤（a）中的所述碳载体为石墨烯、碳纳米管或炭黑。

所述步骤（b）中所述氯铂酸溶液的温度为0～50℃，浓度为0.1～3mmol/L，PH值为3～5。

所述的步骤（b）中所述磁场强度为0.1～4T，所述碳载金属镍纳米颗粒与所述氯铂酸溶液的反应时间为0.5～12小时。

所述步骤（c）中采用酸溶液浸蚀去除所述铂镍合金反应物表面的杂质，所述酸溶液的浓度为0.2～4mmol/L，浸蚀时间0.5～5小时。

所述步骤（c）中所述酸溶液为盐酸、硫酸或高氯酸。

所述步骤（c）中的后处理包括离心、过滤和烘干步骤。