[发明专利]一种调控铂钌合金纳米颗粒尺寸的制备方法

说明书

本发明涉及材料化学技术领域，具体公开了一种调控铂钌合金纳米颗粒尺寸的制备方法，包括二氧化硅光子晶体模板制备和碳前驱体溶液的制备，将铂前驱体和钌前驱体溶解于THF和CHCl₃中得混合溶液；准备嵌段共聚物、碳前驱体溶液、原硅酸四乙酯和质子酸溶液，依次加入混合溶液中，搅拌得透明溶液；将透明溶液加入到二氧化硅光子晶体模板中，干燥后升温固化得红棕色固体；将红棕色固体煅烧，得灰色固体；将灰色固体采用强碱或强酸刻蚀，后过滤干燥，采用本专利中的技术方案利用不同嵌段共聚物，其PPO端分子量的大小不同，从而连接了不同数量的铂钌前驱体，从而精准调控铂钌合金纳米颗粒尺寸。

技术领域

本发明涉及材料化学技术领域，特别涉及一种调控铂钌合金纳米颗粒尺寸的制备方法。

背景技术

大量研究表明，Pt合金的催化活性与其元素组成和合金尺寸密切相关，尺寸越小，分布越窄，颗粒组成越均匀的Pt合金催化剂，其催化活性越好。目前，在能够实现合金粒度可控的各种方法中，常见的方法包括合金纳米颗粒在溶液中直接在商业碳材料(活性碳，Vulcan碳等)上还原，或者先制备出单分散合金胶体溶液，然后通过静电吸附加载到商业碳材料的表面上。

然而，这些方法存在几个明显的缺陷：(1)难以精准调控铂钌合金纳米颗粒的尺寸；(2)难以进一步减小合金颗粒的尺寸，目前的制备工艺中在热处理过程中会导致合金颗粒发生迁移聚集并长大，并且无法得到均匀分散的合金催化剂。(3)常用的商业碳材料是由碳颗粒的无序积累构成的，孔隙复杂并且几乎都是由2nm以下的微孔组成，导致反应过程中存在极大的传质阻力，孔隙和活性位点的低利用率从而导致催化剂整体较差的催化活性。

基于上述问题，本申请提供了一种对合金纳米颗粒尺寸实现精确调控，且颗粒分散均匀，甲醇氧化活性高且稳定性高的有序介孔碳载铂钌合金纳米颗粒催化剂的制备方法。

发明内容

本发明提供了一种对合金纳米颗粒尺寸实现精确调控，且颗粒分散均匀，甲醇氧化活性高且稳定性高的有序介孔碳载铂钌合金纳米颗粒催化剂的制备方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种调控铂钌合金纳米颗粒尺寸的制备方法，包括二氧化硅光子晶体模板制备和碳前驱体溶液的制备，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将质量比为1:(1～5)的铂前驱体和钌前驱体溶解于THF和CHCl₃中得混合溶液；

步骤2：准备质量比为1:(0.3～5):(0.1～3)的嵌段共聚物、碳前驱体溶液和原硅酸四乙酯，和物质的量为0～15mmol的质子酸溶液，依次加入步骤1得到的混合溶液中，搅拌得红色透明溶液；

步骤3：将步骤2得到的红色透明溶液加入到二氧化硅光子晶体模板中，干燥后升温固化得红棕色固体；

步骤4：将步骤3中的红棕色固体在500～800℃下煅烧，得灰色固体；

步骤5：将步骤4得到的灰色固体采用强碱或强酸刻蚀，后过滤干燥得有序介孔碳载PtRu合金纳米颗粒催化剂。

本技术方案的技术原理和效果在于：

1、本方案中利用嵌段共聚物的疏水链端(PPO端)与金属前驱体组装形成胶束的核心，亲水末端(PEO端)与碳前驱体连接形成胶束外层，在高温碳化过程中PEO端形成碳骨架，PPO端高温分解并挥发形成介孔通道，而在同一胶束内剩余的金属原子在介孔通道孔壁形成合金颗粒，并且由于碳的锚定作用使得合金颗粒在高温碳化过程中难以发生迁移和团聚，从而得到了有序介孔碳载的铂钌合金纳米颗粒催化剂。

2、本方案中巧妙地利用嵌段共聚物PPO端分子量的大小不同(即通过选取不同种类的嵌段共聚物实现PPO端分子量的大小不同)，从而连接了不同数量的铂钌前驱体，从而实现了精准调控铂钌合金纳米颗粒的尺寸。