[发明专利]一种超长铂碲介孔纳米管电催化剂及其制备方法

说明书

一种超长铂碲介孔纳米管电催化剂及其制备方法，制取碲纳米线，将合成的碲纳米线分散在10～30mL水中待用；分别配浓度在1～50mM亚铂酸钾和浓度在0.01～0.5M抗坏血酸溶液；将10～50mg F127溶于1～5mL亚铂酸钾溶液中，再加入0.1～1mL碲纳米线和1～5mL抗坏血酸溶液；混合液在20～60℃搅拌1～5小时；反应结束洗涤、离心、干燥，得到超长的铂碲介孔纳米管电催化剂。本发明制备工艺简单，反应时间短，在常温常压下，制得的材料具有优异的电化学氧化还原性能。

(一)技术领域

本发明涉及一种超长的铂碲介孔纳米管电催化剂及其制备方法，该催化剂可用于电化学催化氧化还原反应的研究。

(二)背景技术

质子交换膜燃料电池能够将储存在有机物和氢中的化学能转换成电能，这对代替化石燃料具有重大的潜力。由于工作电压范围广，质子膜燃料电池在各个应用中得到了广泛发展，例如便携式计算机、新能源汽车和小的发电站。然而，催化剂在很大程度上对质子交换膜燃料电池的性能(如寿命和能量效应)起到了至关重要的作用。在特别常见的氧化还原反应催化剂中，贵金属催化剂，特别是铂纳米材料催化剂受到了广泛关注。通常认为，对结构和形貌的精确控制能有效地调节铂纳米材料的催化性能。因此，在增强催化活性的方法中，形貌管理是非常重要的。

研究者们已经合成了具有特殊形貌的各种维度的铂基纳米材料，例如纳米颗粒、纳米线、纳米片、纳米刺等。其中，一维材料由于具有特殊的物理和化学特性吸引了人们的关注。一维铂基纳米材料被赋予了具有吸引力的属性，例如，形貌的各向异性、暴露大量的活性位点、高效的物质传输能力。因此，一种提高氧化还原性能的有效方法就是制备一维铂基纳米结构。一维铂基纳米材料通常通过电沉积法、静电纺丝技术和模板法合成。由于很难通过一步法控住纳米材料的成核和生长从而调节材料的形貌，所以模板法成为了一种灵活有效的策略。在众多可以制备一维铂纳米结构的模板中，银纳米线由于能与铂的前驱体发生置换反应，似乎是一种不错的选择。然而，银纳米线在空气中是不稳定的，在制备和模板直接合成一维铂纳米材料的过程中需要气体保护(S.M.Alia,G.Zhang,D.Kisailus,D.Li,S.Gu,K.Jensen and Y.Yan,Porous Platinum Nanotubes for Oxygen Reduction andMethanol Oxidation Reactions.Adv.Funct.Mater.,2010,20,3742)。相对来说，碲纳米线具有高活性，在空气中稳定性，容易合成等优点。因此，碲纳米线作为一种有前景的模板，对制备一维铂基纳米材料非常有益。

尽管有大量研究致力于一维铂纳米结构，但是制备具有介孔结构的空心铂纳米管鲜有报道，这种材料在催化氧化还原反应中活性高，成本效益高。在许多报道中，介孔纳米材料由于能加速物质转移，较小扩散阻力，增加活性位点，展现了出色的电化学性能。作为一种传统的方法，去合金法通过选择性刻蚀双金属或多金属合金来制备纳米多孔金属材料(G.Attard,P.Bartlett,N.Coleman,J.Elliott,J.Owen and J.Wang,MesoporousPlatinum Films from Lyotropic Liquid Crystalline Phases.Science 1997,278,838–840)。另外，硬模板法也是一种制备介孔金属的常用方法，该方法概括为将金属沉积在介孔渠道中，然后将模板刻蚀掉。然而，这样获得的介孔金属通常只是网状结构或者无规则的形貌。并且这些合成步骤需要多步、复杂、高度腐蚀性、油相、高温的过程。近几年，胶束自组装法被证明可以在水相中直接获得介孔结构。例如，Yamauchi等报道了一种结合胶束的自组装在聚碳酸酯膜孔道中利用通常的电沉积法合成介孔铂纳米棒的方法(Li,C.；Sato,T.；Yamauchi,Y.Electrochemical synthesis of one-dimensional mesoporous Ptnanorods using the assembly of surfactant micelles in confinedspace.Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,8050-8053)。因此，胶束自组装法是一种制备具有介孔结构的铂基纳米材料的灵活有效的方法。