[发明专利]一种Pt@Pd核壳结构纳米颗粒电催化剂及制备与应用

说明书

本发明属于电催化材料领域，公开了一种Pt@Pd核壳结构纳米颗粒电催化剂及制备与应用。将CTAB溶于水中，再加入H₂PdCl₄，升温至50～100℃，再加入抗坏血酸搅拌反应1～12h，得到Pd种子溶液；将CTAB与碘化钾溶于水中，升温至50～100℃，然后依次加入Pd种子溶液和H₂PtCl₆溶液搅拌混合均匀，再加入抗坏血酸保温反应1～12h，冷却至室温，固体产物经离心洗涤干燥，得到所述Pt@Pd核壳结构纳米颗粒电催化剂。本发明所得Pt@Pd核壳结构纳米颗粒电催化剂可降低Pt的用量和延长催化剂使用寿命，并可以有效提高电催化剂的活性。

技术领域

本发明属于电催化材料领域，具体涉及一种Pt@Pd核壳结构纳米颗粒电催化剂及制备与应用。

背景技术

燃料电池汽车的大规模商业化可以减少对进口原油的依赖，有利于改善我国的能源消费结构。而Pt基电催化剂是燃料电池的核心材料之一，直接影响燃料电池汽车的成本和寿命，制约了燃料电池汽车的大规模商业化进程。同时Pt基电催化剂的寿命直接决定了燃料电池发动机的寿命。因此，在降低Pt用量的前提下如何提高电催化剂的活性和寿命是氢燃料电池汽车产业亟待解决的一个核心问题。

目前，降低Pt用量的方法主要有：一是提高Pt的分散性；二是制备优势暴露特定晶面或具有特殊形貌(非球形)的Pt/C电催化剂，通常特殊形貌的Pt/C电催化剂的尺寸较大，不利于提高Pt的利用效率，限制了其实际的应用；三是Pt与过渡金属形成球形或特殊形貌的合金电催化剂(如PtNi和PtCo等)，这类电催化剂的氧还原活性显著优于多晶Pt或Pt/C催化剂，但是过渡金属在燃料电池高电势、富氧和强酸性的工况下容易流失，影响了此类电催化剂的稳定性和寿命，并且过渡金属阳离子易造成对质子交换膜的毒化，降低电池性能；四是通过膜电极结构的有序性及三相反应界面的有效构建提高Pt的利用效率。这是一种重要的降低Pt用量的方法，目前主要处于实验室研究阶段，有关的理论认识相对缺乏。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种Pt@Pd核壳结构纳米颗粒电催化剂的制备方法。本发明方法以H₂PdCl₄为前驱体，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为Pd晶种的结构导向剂，抗坏血酸作为还原剂预先制备特定结构的Pd纳米颗粒，将其作为即将合成催化剂的内核，再以H₂PtCl₆作为铂源，CTAB作为催化剂合成的结构导向剂，通过抗坏血酸辅助还原反应，使Pt沉积到Pd纳米颗粒表面，合成一种Pt@Pd核壳结构纳米颗粒。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的Pt@Pd核壳结构纳米颗粒电催化剂。

本发明的再一目的在于提供上述Pt@Pd核壳结构纳米颗粒电催化剂在电催化氧化中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种Pt@Pd核壳结构纳米颗粒电催化剂的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)Pd种子的制备：将CTAB溶于水中，再加入H₂PdCl₄，升温至50～100℃，再加入抗坏血酸搅拌反应1～12h，得到Pd种子溶液；

(2)Pt@Pd纳米颗粒的制备：将CTAB与碘化钾溶于水中，升温至50～100℃，然后依次加入Pd种子溶液和H₂PtCl₆溶液搅拌混合均匀，再加入抗坏血酸保温反应1～12h，冷却至室温，固体产物经离心洗涤干燥，得到所述Pt@Pd核壳结构纳米颗粒电催化剂。

优选地，步骤(1)中所述CTAB溶于水中的浓度为5～25mmol/L，所述H₂PdCl₄加入的浓度为0.5～1.5mmol/L，所述抗坏血酸加入的浓度为0.5～5mmol/L。