[发明专利]一种Pt@Ag中空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@Ag中空结构纳米颗粒电催化剂及制备与应用。将银氨溶液、CTAB溶液和葡萄糖溶液加入到反应器中，升温至40～160℃反应2～12h，得到Ag种子溶液；将PVP与柠檬酸溶于去离子水中，得到混合液，然后加入Ag种子溶液，升温至40～100℃后加入H₂PtCl₄溶液保温反应2～12h，冷却至室温，将所得固体分散在氨水中，浸泡反应2～6h，离心洗涤干燥，得到所述Pt@Ag中空结构纳米颗粒电催化剂。本发明所得Pt@Ag中空结构纳米颗粒电催化剂具有高比表面积、低密度、低成本和表面渗透性等优点，具有更好的催化性能，解决了目前电催化剂面临的高成本、低活性问题。

技术领域

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

背景技术

甘油广泛应用于食品、医药、化妆品及其他化工领域。在生物柴油工业快速发展前，全球的甘油产出和消耗基本维持平衡。随着生物柴油工业的蓬勃发展，甘油的产能出现过剩，充分开发该可再生资源的新用途是亟待解决的问题。油作为一种“被浪费的资源”，利用生物催化和生物转化技术可充分拓展其应用领域，但应用研究过程中也面临一些问题，如高效生物催化剂的挖掘。

近年来，甘油选择性氧化成果不断地见于报道，主要有钌、钼、钨、钴、铬、锰、金、钯、铂等催化体系。过渡金属具有廉价、活性高和制备方便等优点，成功应用于许多化工催化反应，但是，过渡金属的种类和用量决定催化活性和产物选择性，且载体的稳定性和耐热性也是影响反应活性的重要因素之一，而贵金属催化剂虽然价格昂贵，但因其不可替代的高催化活性，一直是人们研究的热点。特殊形态的纳米级材料，特别是具有特殊形状的贵金属纳米粒子，因其高的催化活性和高的选择引起了包括燃料电池、工业催化等领域研究者的高度重视。然而，纯贵金属催化剂具有一些不可忽视的缺点，例如成本高、资源有限、利用效率低等，这些导致电极的活性、稳定性、成本等均无法满足生产要求，极大地限制了其实际应用。因此，为了提高贵金属催化剂的催化活性和稳定性、减少用量以及延长其使用寿命，以Pt为壳、以Ag为核形成Ag@Pt核壳结构纳米粒子，不但能够在保证Pt比表面积的同时减少Pt的用量，同时还能改善Pt的电催化活性。但这种方法依然存在一些问题，例如在对甘油进行电催化氧化的过程中，由于Pt@Ag粒子失效而导致其催化性能下降。

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@Ag中空结构纳米颗粒电催化剂的制备方法。本发明方法以银氨溶液为前驱体，葡萄糖为还原剂，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为结构导向剂预先制备特定结构的Ag纳米颗粒，再以H₂PtCl₄为Pt源，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为结构导向剂，柠檬酸作为还原剂，通过置换反应合成一种中空型Pt@Ag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@Ag中空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@Ag中空结构纳米颗粒电催化剂在甘油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@Ag中空结构纳米颗粒电催化剂的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)Ag种子的制备：将银氨溶液、CTAB溶液和葡萄糖溶液加入到反应器中，升温至40～160℃反应2～12h，得到Ag种子溶液；

(2)Pt@Ag纳米颗粒的制备：将PVP与柠檬酸溶于去离子水中，得到混合液，然后加入步骤(1)的Ag种子溶液，升温至40～100℃后加入H₂PtCl₄溶液保温反应2～12h，冷却至室温，将所得固体分散在氨水中，浸泡反应2～6h，离心洗涤干燥，得到所述Pt@Ag中空结构纳米颗粒电催化剂。

优选地，步骤(1)中所述银氨溶液的浓度为10mM，CTAB溶液的浓度为50mM，葡萄糖溶液的浓度为1mM。