[发明专利]一种多分支的三维十字架Pt-Cu-Co合金纳米颗粒的制备方法

说明书

本发明公开了一种多分支的三维十字架Pt‑Cu‑Co合金纳米颗粒的制备方法。本发明以氯铂酸、氯化铜和氯化钴为原料，以NaI为结构导向剂，采用特定的甘氨酸和乙醇胺加入量，微波辅助合成出一种选择性较高的多分支的三维十字架Pt‑Cu‑Co合金纳米粒子。制备方法简单、绿色清洁、可重复性强。获得的多分支的三维十字架Pt‑Cu‑Co合金纳米粒子台阶原子多，活性位密度高，显示出色的甲醇和甲酸电化学活性，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于功能纳米材料技术领域。具体的说，本发明是采用微波合成法制备一种多分支的三维十字架Pt-Cu-Co合金纳米粒子。

背景技术

贵金属 Pt 纳米结构催化剂有诸多优异的物理、化学特性，广泛地应用于环保催化、石油化工、精细化工、生物化学等领域。但由于Pt基催化剂易中毒，寿命短并且价格高昂，使得这种优异的纳米催化剂无法进一步推广及应用。因此，研究低铂或非铂催化剂来降低Pt载量，提高Pt利用率，是目前研究工作者需要解决的问题。目前常采用将价格低廉的3d过渡金属元素部分替代 Pt，形成 Pt 基二元或多元合金结构，并且通过控制纳米组成、结构、颗粒大小、表面形貌等，提高其活性和稳定性。

为降低 Pt 的用量，人们主要通过Pt与过渡金属合金化来制备 Pt 基合金纳米催化剂来降低成本及提高催化性能，其中 Cu、Co 是形成Pt 基合金较好的选择。目前有很多种方法制备PtM（M=Fe、Co、Cu、Ni等）合金纳米粒子，例如张等人在通过调节气氛和压力合成了立方体，树枝状和球状Pt-Co纳米晶体(J.Mater.Chem.A. 2015, 3, 10671-10676.)。这些方法都是一定的合成氛围与合成压力要求，操作复杂，不易重复。因此设计利用微波一步合成具有高度可重复性和具有高选择性的Pt-Cu-Co合金纳米粒子具有重要意义。本发明开发的一种制备多分支的三维十字架Pt-Cu-Co合金纳米粒子的方法，操作简便，重复性强，并且大大提高了Pt的利用率，增加了PtCuCo合金的活性位密度。

燃料电池将化学能不经燃烧直接转化为电能有很大的应用前景。其中质子交换膜燃料电池具有污染小、能量密度高和低温操作的优点，成为移动便携设备高效的能源供给。而电催化剂是决定低温燃料电池性能、寿命和成本的关键材料之一。Pt基催化剂是质子交换膜燃料电池中催化性能最好的催化剂，但是目前所用的Pt催化剂价格昂贵，耐久性差，严重制约质子交换膜燃料电池的商业应用。因此制备高活性和高稳定性的电催化剂对燃料电池的发展和实际应用具有十分重要的意义。

发明内容

针对上述技术问题，本发明解决了目前Pt催化剂存在的价格昂贵及易中毒等技术问题，制备一种多分支的三维十字架Pt-Cu-Co合金纳米粒子，提高Pt 纳米结构催化剂的性能。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种多分支的三维十字架Pt-Cu-Co合金纳米粒子制备方法的实验步骤如下：

称取300 mg甘氨酸，200 mg聚乙烯吡咯烷酮，300 mgNaI于烧杯中，接着加入2.0 mL氯铂酸（19.3 mmol/L）、1.0 mL氯化铜（20 mmol/L）和1.0 mL氯化钴（20 mmol/L）水溶液，用磁力搅拌器充分搅拌溶解，然后转入微波反应釜中，微波200℃反应40 min，反应结束后经过乙醇离心洗涤、冷冻干燥等处理步骤，得到多分支的三维十字架Pt-Cu-Co合金纳米粒子。

优选的，氨基酸的种类选择为甘氨酸。

优选的，使用微波反应合成，合成温度为180-210℃，更优选为200℃。

其中：氯化铜水溶液和氯化钴水溶液的体积比1:1，研究发现，Cu²⁺离子与Co²⁺离子的比例对Pt-Cu-Co晶体拓扑形貌有决定意义的导向作用，只有当氯化铜与氯化钴的加入量相同且均为1 mL的情况下，才能得到本发明的多分支的三维十字架Pt-Cu-Co合金纳米粒子。