[发明专利]一种Pt-Pd核壳结构纳米催化剂的制备方法

说明书

本发明为一种Pt‑Pd核壳结构纳米催化剂的制备方法。该方法包括以下步骤：将乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钯、溴化钾和聚乙烯吡络烷酮加入到乙二醇中，160‑180℃下反应6‑24小时；最后用无水乙醇清洗，即可得到核壳结构的Pt‑Pd纳米催化剂。本发明提供的制备核壳结构的Pt‑Pd纳米催化剂的方法，简便方法，操作简单，易于生产，在电催化领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，更加具体地说，涉及一种Pt-Pd核壳结构纳米催化剂的制备方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFC)是一种高效的将化学能转化为电能的能源转化装置，由于其高效、清洁、系统结构简单、体积能量密度高、燃料补充方便等优点受到了人们广泛关注，在移动通讯设备、笔记本电脑和军用装备等领域具有潜在的应用前景。然而，甲醇的实际反应过程复杂、缓慢，需要活性高的电催化剂来加速电极上的反应。其中，贵金属铂由于其优异的催化活性，被广泛用做直接甲醇燃料电池的催化剂。但是铂价格昂贵，资源溃乏，致使DMFC成本居高不下，限制了其大规模的应用。目前，减少贵金属铂用量的方法主要有两种：一种是通过加入其它金属来减少铂的用量；另一种是通过增大表面积来提高铂的利用率。Pt基核壳结构有效地将形貌控制与金属间的协同效应相结合，被认为是最具应用前景的一类低铂催化剂，相关研究已成为燃料电池领域近年来的热点课题。

核壳结构纳米颗粒是由至少两种物质组成的复合粒子，通常是其中一种物质形成核，另外一种物质形成外壳。核壳结构纳米颗粒不仅保留了原金属核的物理化学性能，而且还具有外包覆层的金属特性。例如，Peng课题组采用有机溶剂还原法制备出了以Pd为核以Pt为壳层的Pt-Pd纳米催化剂。氧还原反应测试结果表明，该催化剂活性明显高于商业Pt/C，经过30000次循环伏安稳定性测试后，其比表面积损失12％，低于商业Pt/C的39％。由此可见，核壳结构的Pt-Pd纳米催化剂具有良好的催化活性和稳定性。目前，合成核壳结构的方法主要有还原化学镀法、共沉淀法、晶体生长法、胶体粒子模板法、溶胶凝胶法、有机溶剂合成法、种子生长法等。但是这些常规的合成方法存在许多问题与缺陷。例如，共沉淀反应法必须严格控制好反应的温度和速度、金属离子的浓度及沉淀剂的用量，否则就容易生成双金属的合金颗粒，而非核-壳型结构的双金属颗粒。所以在高质量核壳结构的合成领域还存在一些难以解决的问题和挑战。

有鉴于此，提供一种操作简便、成本低廉、催化剂可回用、金属催化剂通用性好的制备方法是必要的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种简单普遍的方法合成核壳结构的Pt-Pd纳米催化剂。本方法采用的是溶剂热法，在合成核壳结构的Pt-Pd纳米催化剂过程中，乙二醇作为还原剂和溶剂，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂，溴化钾(KBr)作为辅助表面活性剂，通过一步反应得到最终产物，步骤简单，可控性良好，符合工业发展的需要。

本发明的技术方案为：

一种Pt-Pd核壳结构纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)室温条件下，在反应釜中加入乙二醇；

(2)室温条件下，将乙酰丙酮铂、乙酰丙酮钯、溴化钾和聚乙烯吡咯烷酮加入到乙二醇中，磁力搅拌15-30分钟；其中，物料配比为摩尔比乙酰丙酮铂：乙酰丙酮钯：溴化钾：聚乙烯吡咯烷酮＝1:2.90～3.10:16.50～16.60:0.015～0.055；每5mL乙二醇加1.0×10^-7～1.09×10^-6摩尔聚乙烯吡咯烷酮；

(3)将反应釜密闭后放在烘箱里，设置烘箱温度为160-180℃，反应时间为6-24小时；

(4)待反应结束后，用无水乙醇清洗，即可得到核壳结构的立方体Pt-Pd纳米催化剂。