[发明专利]一种空心Pt四足纳米材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种空心Pt四足纳米材料的制备方法及其应用，该方法以Pd四足为晶种，K₂PtCl₆为前驱体、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为稳定剂、抗坏血酸（AA）为还原剂制备Pd@Pt的四足核‑壳结构，然后以Fe³⁺/Br^‑为刻蚀剂，除去核‑壳结构中的Pd四足核，最终得到平均壁厚为6个原子层的空心结构的Pt四足纳米晶材料。本发明方法制备的空心Pt四足能够大大的提高Pt的利用率，并且保证其稳定性，对酸性氧还原反应具有良好的电催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及氧还原反应用催化剂领域，具体涉及一种空心Pt四足纳米材料的制备方法及其应用。

背景技术

氧还原反应（ORR）是燃料电池和金属-空气电池等能量转换和储存装置中典型的电化学反应之一，近年来引起了人们的广泛研究。设计用于ORR的高性能电催化剂，对于燃料电池、金属-空气电池等电化学能量转换和储存装置具有至关重要的意义。贵金属Pt是目前最为常用的ORR催化剂，基于几何形貌与ORR性能之间的密切相关性，人们致力于调控Pt基纳米材料的形貌、组成和结构，以降低高昂的成本，提高其电催化活性和稳定性。其中，多枝结构的Pt基催化剂由于其具有较高的可接触面积，因而具备了丰富的有效活性位点以提高Pt的原子利用率，从而引起了广泛的关注。其三维互联的空心结构在电催化过程中也有助提高耐腐蚀性和长程稳定性。

然而，目前报道的多枝结构的Pt基催化剂的尺寸普遍较大，通常能达到30nm及以上。这种尺寸的多枝结构相比于其他几何构型的电催化剂，其质量比活性不占优势。因此，探索具有中空结构和超薄壁厚（2nm）的多枝结构的Pt基催化剂可以有效地增加表面可解除的Pt原子数量，从而提高质量比活性。此外，由于空心结构具有较高的比表面积和开放的结构，还可以通过调控其表面性质和组成进一步优化它们的催化活性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种空心Pt四足纳米材料的制备方法及其应用，该方法采用Pd四足作为晶种，通过晶种生长法在其表面沉积上Pt薄壳，然后通过刻蚀Pd核，可以得到空心Pt四足，制得的空心Pt四足具有独特的四足形貌，超薄壁和丰富的台阶原子等优点，对酸性ORR展现出优异的电催化活性和稳定性，满足了有关领域应用和发展的要求。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种空心Pt四足纳米材料的制备方法，以Pd四足为晶种，K₂PtCl₆为前驱体、PVP为稳定剂、AA为还原剂制备Pd@Pt的四足核-壳结构，然后以Fe³⁺/Br^-为刻蚀剂，除去核-壳结构中的Pd四足核，最终得到平均壁厚为6个原子层的空心四足结构的Pt纳米材料。Pd四足为晶种；K₂PtCl₆为前驱体；PVP为稳定剂；AA为还原剂；Fe³⁺/Br^-为刻蚀剂。

一种空心Pt四足纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备Pd四足种子溶液

将0.01g PVP，1.8mL 0.05M的乙二胺四亚甲基膦酸（EDTMPA），1.8mL 0.05M的PdCl₂加入到7mL的去离子水中进行连续搅拌，然后将溶液pH值调整为7.0，加入0.5mL的HCHO溶液后，将混合物转移到四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在140℃下反应6h后，自然冷却至室温，再用去离子水离心洗涤几次，然后再分散在EG中得到1mg•mL^-1 Pd四足种子溶液；

(2)制备Pd@Pt核-壳四足纳米材料