[发明专利]铂钴双金属纳米花催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种铂钴双金属纳米花催化剂和富铂的铂钴双金属纳米花催化剂，所述铂钴双金属纳米花催化剂中，铂钴原子比为1:1，纳米花直径为550～650nm，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂中，纳米花厚度为1.0～1.5nm，铂钴原子比为3:1，纳米花直径为550～650nm，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂存在活性位点，所述活性位点包括缺陷、高指数晶面，孪晶。本发明还提供上述铂钴双金属纳米花催化剂和富铂的铂钴双金属纳米花催化剂的制备方法和应用。

技术领域

本发明专利涉及金属纳米催化剂领域，尤其是指一种铂钴双金属纳米花催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

贵金属铂具有特殊的d电子轨道结构，在物理化学性质表现出优异的特性，因而在电化学能源转换系统中至关重要。低温燃料电池由于工作温度低、能量转化率高、对环境无污染等特点，成为未来发电机、备用电站理想的替代电源，尤其是在零排放氢动力汽车应用方面，具有潜在的应用价值，是燃料电池中重要发展项目的一项。由于燃料电池阴极氧还原电化学反应动力学非常缓慢，与阳极氢氧化相比慢了5个数量级，因此，需要贵金属作为催化剂以加速整个反应过程，以满足功率输出的要求。目前，铂基贵金属催化剂因其超高的催化效率优势成为目前商用的电催化剂的最佳选择。但是铂在阴阳两极的用量占比约为9:1，资源的稀缺和成本的高昂使得贵金属催化剂成本在燃料电池中举足轻重。因而在燃料电池体系中，降低Pt的使用量，提高铂的利用率可以从某个角度上有效地有效提高活性并且降低燃料电池成本。

为了极大地提高铂的原子利用率和催化性能，调控和发展铂基纳米催化剂是最重要的技术手段。通过电子结构和应变效应等多种协同机制，对铂合金的组分进行调整，以提高其固有活性。另一种方式则是如合成出具有特殊结构如铂纳米线、纳米花、纳米笼、核壳空心结构以暴露更多的活性位点，提高铂的利用率。二维材料具有高度开放的空间和活性位点的有效利用等特点，显示出优异的催化活性，与固体纳米颗粒(NP)相比，其可有效降低电子和质量传递路径并加速了催化过程。此外，利用铂和其他过渡金属原子(如：铁、钴、镍)的协同作用，不仅能降低铂的用量，还能提高电催化活性。在二维纳米片组成的纳米花结构中，存在大量的活性位点如缺陷，高指数晶面，孪晶等，有效地降低了铂的配位数，从而提高了催化活性。且由于钴的存在，改变了铂的电子结构，因而通常比其他结构具有更好的活性及稳定性。

目前制备二维金属纳米花的方法主要是模板法，原子层沉积。但这些制备方法反应时间长、合成过程复杂。

因此，研究急需一种可调控、廉价的制备铂基双金属纳米空心球的方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，在本发明的第一方面，本发明提供一种铂钴双金属纳米花催化剂，所述铂钴双金属纳米花催化剂中，纳米花厚度为1.0～1.5nm，铂钴原子比为1:1，纳米花直径为550～650nm。

在本发明的第二方面，本发明提供一种富铂的铂钴双金属纳米花催化剂，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂中，纳米花厚度为1.0～1.5nm，铂钴原子比为3:1，纳米花直径为550～650nm，优选地，所述富铂的铂钴双金属纳米花催化剂存在活性位点，所述活性位点包括缺陷、高指数晶面，孪晶。

在本发明的第三方面，本发明提供一种在本发明第一方面所述的铂钴双金属纳米花催化剂的制备方法，包括如下步骤：

a.在将钴盐、六水合氯铂酸水溶液、表面活性剂和还原剂进行均匀化处理，得到第一混合液；

b.将步骤a得到的第一混合液转入反应釜，反应；

c.将步骤b反应完成后的反应液冷却至15～35℃，离心，洗涤，得到所述铂钴双金属纳米花。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤a中，所述钴盐为乙酸钴，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵，还原剂为油胺。