[发明专利]一种结构可调的多孔合金纳米管催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种结构可调的多孔合金纳米管催化剂，包含贵金属基合金颗粒和碳颗粒，合金颗粒与碳颗粒的直径为3~300 nm，孔直径为5~60 nm。多孔合金纳米管的直径为15~1000 nm，长度为50~100000 nm。通过改变贵金属及聚乙烯吡络烷酮的添加量，实现催化剂合金、核壳结构的调节。

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种结构可调的多孔合金纳米管催化剂。

背景说明

质子交换膜燃料电池具有燃料甲醇价格低廉、储运方便等优点，但在阳极对甲醇的氧化效率以及在阴极中氧还原反应效率较低，导致其整体活性不足。为解决这些问题，研究者们开发了许多结构新颖的催化剂，如合金、核壳结构、多孔结构等。本发明所述的制备方法，通过改变聚乙烯吡络烷酮和贵金属的添加量，可分别制得不同金属比例的合金与核壳结构的多孔纳米管催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种质子交换膜燃料电池用结构可调的多孔合金纳米管催化剂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种结构可调的多孔合金纳米管催化剂，由合金颗粒@贵金属层核壳结构颗粒与碳颗粒组成，或由中空合金颗粒与碳颗粒组成，或由合金颗粒与碳颗粒组成。

进一步地，催化剂的直径为15~1000 nm，长度为50~100000 nm。

进一步地，当催化剂由合金颗粒和碳颗粒组成时，合金颗粒与碳颗粒的直径均为3~300 nm，孔直径均为5~60 nm。

进一步地，所述合金颗粒是贵金属与非贵金属的合金颗粒，其中贵金属的质量为合金颗粒总质量的5~95%。

进一步地，所述贵金属为金、银、铂、钌、铑、钯、锇、铱中的一种或几种；所述非贵金属为铜、钴、镍、铁中的一种或几种。

上述的结构可调的多孔合金纳米管催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1）制备非贵金属纳米线；

2）进一步地，将步骤1）所制备非贵金属纳米线分散于碱和聚乙烯吡络烷酮的溶液中搅拌3~24小时，过滤、洗涤；

3）将步骤2）所得产物分散于贵金属前驱体溶液中并将贵金属还原，之后过滤、洗涤、烘干；

4）将步骤3）所得产物在保护气氛下热处理1~24小时；

5）将步骤4）所得产物分散于酸溶液中搅拌1~24小时，再经过滤、洗涤、烘干得到多孔合金纳米管催化剂。

进一步地，步骤1）所述的非贵金属纳米线，其制备方法参考如下文献：

(1) Z. Q. Xu, X. H. He, M. W. Liang, L. J. Sun, D. Li, K. N. Xie, L.Liao. Catalytic reduction of 4-nitrophenol over graphene supported Cu@Nibimetallic nanowires. Materials Chemistry and Physics, 227 (2019) 64-71.

(2) Y. B. Ren, S.C. Zhang, R. X. Lin, X. Wei. Electro-catalyticperformance of Pd decorated Cu nanowires catalyst for the methanol oxidation.International Journal of Hydrogen Energy, 40 (20150 2621-2630.