[发明专利]一种PtNi多面体纳米链及其制备方法和应用

说明书

本发明提出了一种PtNi多面体纳米链及其制备方法和应用，所述PtNi多面体纳米链是由PtNi纳米线将多个PtNi多面体纳米颗粒串联而成的一维线性结构；PtNi多面体纳米颗粒的尺寸为7‑15纳米，PtNi纳米线的直径为0.5‑3纳米，长度为50‑300纳米。本发明的PtNi多面体纳米链应用于质子交换膜燃料电池的阴极反应，其性能优于商业Pt/C，具有更高的催化活性以及抗毒化能力，能够使催化剂在长时间内维持较高的电催化性能；与PtNi纳米颗粒相比，该纳米结构能够维持一维线性结构，具有良好的电催化稳定性；与一维PtNi纳米线相比，该纳米结构能够具有更高的表体比，在电催化反应中提供更多的活性位点。

技术领域

本发明涉及涉及电催化剂领域，特别是指一种PtNi多面体纳米链及其制备方法和应用。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其高效、环境友好等特点被认为是非常有前景的可持续能源转换器件。燃料电池的阴极反应—氧还原反应由于较阳极氧化反应进行更加缓慢，因而其决定了PEMFC的整体效率，是提高PEMFC反应效率的关键。商业用Pt/C电催化剂能够大大缓解氧还原反应的反应动力学迟缓、过电势过高等问题，是目前工业上使用的催化剂。但Pt储量有限、价格昂贵，为PEMFC的生产增加了很大成本。PtNi纳米材料被认为是非常有效的氧还原反应催化剂，除了能够降低生产成本以外，还能利用Ni和Pt的相互作用，降低Pt的能带结构，提高Pt的使用效率，但是已有的PtNi纳米颗粒存在电化学稳定性较差等问题。如何调控PtNi纳米催化剂的结构，进一步提高其在氧还原反应中的催化性能仍然是亟待解决的问题。

现有文献(链状Pt-Ni纳米颗粒的制备、表征及高效电催化性能，物理学报，第69卷第7期，2020年)制备的链状Pt-Ni纳米颗粒主要存在以下问题：链状Pt-Ni纳米颗粒分散性不好，多数团聚在一起，制备的产率较低，仅为30％左右，而且该链状Pt-Ni纳米颗粒在催化质子交换膜燃料电池阳极反应(甲醇氧化反应)时效果显著，但在催化阴极反应(氧还原反应)时催化性能较差。

发明内容

本发明提出一种PtNi多面体纳米链及其制备方法和应用，制备的PtNi多面体纳米链分散性好，产率高，作为质子交换膜燃料电池阴极反应中的电催化剂具有优异的氧还原催化活性，而且具有优异的电化学稳定性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种PtNi多面体纳米链，所述PtNi多面体纳米链是由PtNi纳米线将多个PtNi多面体纳米颗粒串联而成。

进一步地，PtNi多面体纳米颗粒的尺寸为7-15纳米，PtNi纳米线的直径为0.5-3纳米，长度为50-300纳米。

进一步地，所述PtNi多面体纳米链为一维线性结构。

进一步地，所述PtNi多面体纳米链的表面均匀分布有Pt，且表面存在台阶缺陷。

一种PtNi多面体纳米链的制备方法，包括以下步骤：

(1)将20mg乙酰丙酮铂、6.4mg乙酰丙酮镍、32mg十六烷基三甲基氯化铵和90mg葡萄糖超声分散于22mL油胺中，得到溶液A，超声时间大于1.5h；

(2)将溶液A在密闭条件下加热反应后，自然冷却至室温，得到溶液B；

(3)将溶液B离心得到中间产物，中间产物经洗涤后，在真空环境下干燥，得到PtNi多面体纳米链。

进一步地，步骤(2)中，加热反应的温度为130-200℃，反应时间为5-25小时。

进一步地，步骤(3)中，中间产物洗涤的具体方法为：将中间产物经超声分散于乙醇中，然后离心沉淀，重复2-8次。

一种PtNi多面体纳米链，由所述方法制备。

一种PtNi多面体纳米链在在质子交换膜燃料电池阴极反应中的应用。