[发明专利]一种多孔双空心球结构的PtAg纳米晶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种多孔双空心球结构的PtAg纳米晶及其制备方法和该材料作为甲醇氧化阳极催化剂的应用，该制备方法包括以Pt盐和Ag盐作为金属前驱体，N’N‑亚甲基双丙烯酰胺作为结构导向剂，加入还原剂，通过一步水热反应，即得所述PtAg纳米晶。本发明方法条件温和且产率较高，绿色无污染，适合商业化生产。所得多孔双空心球PtAg纳米晶作为一种甲醇氧化阳极催化剂表现出优异的电催化活性和稳定性等优点。

技术领域

本发明涉及一种多孔双空心球结构的PtAg纳米晶的制备方法及其所得材料和该材料作为甲醇氧化阳极催化剂的应用，属于Pt基合金纳米晶的技术领域。

背景技术

质子交换膜燃料电池(Proton Electrolyte Membrane Fuel Cell,PEMFC)是21世纪极具应用前景的新能源装置，其除了具备燃料电池的一般优点，如发电效率高、环境污染少外，PEMFC还具有可在室温下快速启动、无电解液流失、比功率高和寿命长等优点。然而，由于PEMFC的关键材料和关键技术等方面仍然有待进一步突破，同时成本有待大幅降低，导致其无法进一步商业化。催化剂是造成燃料电池成本高昂的关键原因，在电池工作过程中，高效的催化剂可以有效减少电极极化，从而提升电池的电压和性能。理想的PEMFC催化剂通常具备以下特点：①高催化活性，具备较高的催化选择性、较多的催化活性位点和较好的抗毒化能力；②高稳定性，具有较好的抗腐蚀性和抗氧化能力；③合适的载体，具有较好的导电性、传质性和抗腐蚀性，以及能与金属之间产生有益的相互作用；④低成本，目前，贵金属Pt是最常用的燃料电池催化剂，与其他金属相比，Pt具备高活性和高稳定性等优点，但是Pt储量稀少、价格昂贵，从长远来看，降低Pt的用量以及开发其他更为低廉的催化剂对降低PEMFC成本来说十分重要。

Pt已经被广泛接受为最有效的MOR催化剂，然而，如何提高Pt催化剂的效率，解决问题的其中一种方法是将Pt与其它过渡金属结合形成均匀的Pt基合金催化剂，例如：PtCu,PtAg,PtCo,PtMn,PtRu和PtNi等。与相对应的单组份相比，其催化活性的提高可以归因于Pt与其他金属之间的双功能机制和电子效应。然而，Pt基合金的形成不可避免地导致催化剂表面Pt活性原子的减少，因此，理想的Pt基合金催化剂应该具有表面富Pt的特点。

除了化学组成，Pt基催化剂的催化性能也取决于其表面形貌或表面结构。多孔的Pt基纳米结构已经被证明为电化学能量转换的重要催化剂，这是由于其具备优异的物理和化学性能，例如：(1)多孔结构为活性物种的着落提供了足够的大的空间，这为反应物和产物的提供了短的扩散路径；(2)特殊的多孔结构可以有效地抑制奥斯特瓦尔德熟化效应，从而提高了固体带隙间的电子转移，并促进了底物分子间的传质；(3)双空心球结构具有比表面积大，表面能小，结构稳定等优点，可以为电催化反应提供更多的活性位点，具有更好的催化稳定性。

但是，现有的多孔Pt基催化剂也存在一些缺陷，如活性位点少，结构不稳定。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提出一种多孔双空心球结构的PtAg纳米晶及其制备方法和应用，本发明通过一种简单高效的一步水热法制得的催化剂对甲醇氧化反应(MOR)展现出优异的电催化活性和稳定性，以满足有关领域应用和发展的要求。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种PtAg纳米晶的制备方法，包括以Pt盐和Ag盐作为金属前驱体，N’N-亚甲基双丙烯酰胺作为结构导向剂，加入还原剂，通过一步水热反应，即得所述PtAg纳米晶。

作为优选：

所述水热反应的溶剂选自水。

所述还原剂选自抗坏血酸。

所述的N’N-亚甲基双丙烯酰胺与两种金属前驱体之和的摩尔比为(1～100):1。