[发明专利]一种贵金属纳米笼催化剂及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种贵金属纳米笼催化剂及其制备方法和用途，所述催化剂呈空心纳米笼结构；所述催化剂的制备方法包括：将空心纳米笼模板剂与贵金属前驱体溶液混合后进行反应，生成贵金属，之后洗涤，得到贵金属纳米笼催化剂。本发明所述空心纳米笼催化剂极大地降低了贵金属的使用量，而且比表面积较大，活性位点多，物质传输距离较短；制备方法简单，贵金属催化剂及其结构由过渡金属前驱体直接得到；所得催化剂稳定性好，电催化活性高，用于乙醇燃料电池的催化氧化时，质量活性可以达到3900mA mg^‑1左右，比活性可以达到4.0mA cm^‑2左右。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种贵金属催化剂及其制备方法和用途，尤其涉及一种贵金属纳米笼催化剂及其制备方法和作为燃料电池阳极催化剂的用途。

背景技术

能源问题是当今社会的重大问题之一，与人类的生存息息相关，而随着化石能源的日益短缺，开发可再生能源，实现能源的有效利用，是我们迫切需要解决的问题。燃料电池是一种将存在于氧化剂与燃料中的化学能直接转化为电能的发电装置，可实现资源有效利用，同时也便于能源的运输与储存。

直接乙醇燃料电池作为一种重要的燃料电池，因其具有能量密度高、毒性小、无污染的特点，在电动汽车等便携式设备领域有广阔的应用前景，被研究者们广泛研究。然而，燃料电池的正常工作需要催化剂进行催化。目前，直接乙醇燃料电池催化剂已有很多研究，大多数高效催化剂主要还是集中于贵金属Pt上，然而Pt的价格昂贵，造成催化剂成本太高，而且抗毒性差，因此需要研发一种新的无Pt催化剂，该新型催化剂需要具备成本降低、抗毒性强，颗粒不易于团聚，稳定性强等特点。因此，制备高效廉价的催化剂依然是很大的挑战。

针对现有催化剂的问题，很多研究者也从原料、结构和形貌等方面做出改进。与实心金属催化剂相比，空心结构表现出低密度、高比表面积、节省材料和低成本的优点；CN1616165A公开了一种纳米金属空心球的制备方法，该方法以柠檬酸为保护剂，硼氢化钠为还原剂，钴盐为模板还原贵金属盐制备粒径为15～50nm的贵金属纳米空心结构。CN103050716A公开了一种钯空心纳米球，该空心纳米球是采用牺牲模板法制备得到的，由钯纳米粒子堆积形成空心球结构，但以上催化剂是由纳米粒子堆积形成的空心结构，稳定性较差，形貌不易控制，反应条件苛刻，催化性能仍不甚理想。

综上所述，燃料电池用催化剂的改进，需要考虑多种影响因素，从形貌、结构和组成等方面着手，同时简化制备过程，降低成本。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种贵金属纳米笼催化剂及其制备方法和用途，所述纳米笼催化剂为空心结构，极大地降低了贵金属的使用量，而且比表面积较大，物质传输距离较短；制备方法简单，贵金属催化剂及其结构由过渡金属前驱体直接得到；所得催化剂稳定性好，电催化活性高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种贵金属催化剂，所述贵金属催化剂呈空心纳米笼结构。

本发明中，所述贵金属催化剂为空心纳米笼结构，贵金属使用量较少，比表面积较大，活性位点较多，具有较高的稳定性和催化活性；以过渡金属前驱体为模板直接得到，制备方法简单高效，适用于大规模生产。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述贵金属催化剂中的贵金属包括钯、钌、铂或金中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：钯和钌的组合，钌和铂的组合，钯、铂和金的组合，钌、铂和金的组合等，优选为钯。

优选地，所述催化剂呈八面体空心纳米笼结构。