[发明专利]Pd-Pt合金超立方体复合纳米材料、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种Pd‑Pt合金超立方体复合纳米材料，由活性炭和负载在所述活性炭上的Pd‑Pt合金超立方体框架结构纳米晶组成，所述Pd‑Pt合金超立方体框架结构纳米晶中的Pd和Pt均匀分布于所述超立方体框架中。本申请还提供了Pd‑Pt合金超立方体复合纳米材料的制备方法及应用。本申请构建了一种Pd‑Pt合金超立方体复合材料，既实现了异相结构，使催化剂易于从反应体系中分离收集重复利用；又能够基于超立方体框架结构具有高比表面积和较强的框架之间相互关联作用，以及Pd和Pt之间的金属合金协同作用，使所得Pd‑Pt合金超立方体复合材料在催化电化学氧气还原反应中具有很高的催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及贵金属纳米颗粒合成、能源、催化的相关技术领域，尤其涉及一种Pd-Pt合金超立方体复合纳米材料、其制备方法及其应用。

背景技术

随着全球经济的发展，人类对能源的需求与日俱增。化石能源是人类目前主要的能源来源，而大量化石能源的使用，造成了能源短缺问题及一系列的环境问题。因此，开发清洁能源刻不容缓。

近年来，质子交换膜燃料电池受到各国科学家们的广泛关注。该种电池是一种可以直接将化学能转化为电能的发电装置，具有功率密度大、能量转化效率高、绿色环保以及结构简单等优点；其常用的阴极氧还原催化剂为碳载铂，其中金属铂的催化活性相对较高，但是碳载铂的稳定性有待提高，因此阴极氧还原催化剂限制了质子交换膜燃料电池的发展。经对现有相关材料的检索发现，设计催化剂结构及金属掺杂能显著提高催化剂的稳定性和催化性能。

Pt基催化剂因高效的性能而常被应用于质子交换膜燃料电池和其他工业反应中。但Pt金属价格高昂，催化稳定性不足；同时电化学氧还原反应较慢的反应动力学限制了燃料电池的大规模商用。研究人员尝试引入其他元素例如Pd来提高催化剂活性并降低成本。除了元素组分之外，催化剂的几何结构及元素分布也极大影响其反应活性。因此，提供了一种催化活性高的Pt基催化剂具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于在于提供一种Pd-Pt合金超立方体复合纳米材料，该复合材料用于电化学氧气还原具有催化性能好的特点。

有鉴于此，本申请提供了一种Pd-Pt合金超立方体复合纳米材料，由活性炭和负载在所述活性炭上的Pd-Pt合金超立方体框架结构纳米晶组成，所述Pd-Pt合金超立方体框架结构纳米晶中的Pd和Pt均匀分布于所述超立方体框架中。

优选的，所述Pd-Pt合金超立方体框架结构纳米晶的负载质量为15％～25％。

优选的，所述Pd-Pt合金超立方体框架结构纳米晶的平均粒径为8～12nm，外围12条棱的棱长为8～12nm，每条棱的直径为1～3nm，中间小立方体的边长为1～5nm，连接中心小立方体和外围棱的斜棱直径为1～3nm。

本申请还提供了所述的Pd-Pt合金超立方体复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

将聚乙烯吡咯烷酮溶液、碘化钾水溶液、甲醛水溶液、钯源水溶液和铂源水溶液混合，得到溶液A；

将所述溶液A加热，反应后得到溶液B；

将所述溶液B在含有氧气的氛围中进行氧化，得到溶液C；

将所述溶液C离心、洗涤、分散，得到溶液D，将所述溶液D分散于活性炭上，干燥后得到Pd-Pt合金超立方体复合纳米材料。

优选的，所述钯源水溶液为H₂PdCl₄水溶液，所述铂源水溶液为H₂PtCl₆水溶液。