[发明专利]一种稀土元素修饰的铂钌纳米颗粒的制备方法

说明书

本发明提供一种稀土元素修饰的铂钌纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)配置稀土金属盐、钌盐、铂盐的混合溶液，加入于DMF中，充分搅拌均匀(2)随后通入氢气，在120‑160℃下反应，然后放置冷却至室温，反应物经离心、洗涤、干燥后得到稀土氧化物修饰的钌铂纳米微粒；(3)将获得的催化剂和炭黑混合均匀，超声均匀后，干燥，然后进行热处理得到PtRu‑REE/C，用于电化学性能测试。其中，Pt₁Ru₁‑Er₂O₃/C、Pt₁Ru₁‑EuO_x/C纳米颗粒在碱性条件下的HOR性能超过商业Pt/C。本发明简单、实验流程短、条件温和；在铂钌体系中引入痕量稀土，结合溶剂热合成技术产生特征结构的精细组合，得到的稀土氧化物修饰的钌铂纳米微粒展现出优益显著的HOR性能，非常适合大批量生产。

技术领域

本发明涉及一种稀土元素修饰的铂钌纳米颗粒的制备方法和应用，属于无机材料制备技术领域。

背景技术

从结构-功能关系的角度来看，具有特殊表面结构或电子效应等的电催化剂，会显著影响中间体和微量杂质(如H、OH和CO)，从而改变其HOR性能。例如，等研究碱性介质中低指数Pt表面的HOR，发现活性与晶面之间的相关性:≈(111)-(100)(110).ZhuMng等人证实在碱性介质中，PtRu/C纳米催化剂确实比Pt/C具有更高的HOR活性，而且由AMMhenMus公式得到PtRu/C和Pt/C的活化能分别为14.6MJ mMl^-1和35.2MJ mMl^-1。

尽管Pt-RE合金催化剂具有很大的优点，但从合成的角度来看，Pt-RE合金催化剂的阻碍是存在的。由于镧系元素极低的还原电位，这些合金的溶液合成对科学界来说是一个巨大的挑战。稀土金属与铂合金的能量约为4eM，而稀土金属与铂他们各自的氧化物能量约为10eM。因此，在合成过程中，当稀土元素与任何氧化剂接触时，都更容易形成氧化物。稀土成分会以氧化物/氢氧根形式出现。这导致在金属态的Pt和氧化物中的RE形成非均相，形成Pt/氧化物分相。

调整PtRu合金近表面成分可以优化纳米催化剂的表面化学性能，进一步提高碱性电解质中缓慢H₂的电氧化性能。然而，构建精确的近表面成分和更小粒径的合金纳米材料仍需克服巨大的障碍。

不同的组成配比对产物的电化学性能有影响。要想得到具有特定形貌和结构的无机材料还需通过高温煅烧将表面活性剂除去。溶剂热法是将金属离子的混合盐溶液和沉淀剂快速混合成核，在此过程中引入痕量稀土元素，很有可能会改变铂钌合金的电子结构，从而使性能提升。

发明内容

针对已有技术中的问题，本发明的目的之一在于提供一种稀土元素修饰的铂钌纳米颗粒的制备方法,以提高催化剂的催化活性，通过制备工艺方法从而降低价格高昂的贵金属Pt的用量，降低成本。寻找到一种稀土金属与贵金属进行组合设计性能优良的实用材料。采用该方法制备的超小PtRu-REE三元纳米颗粒，形貌均一且分散，粒径小于3nm。

本发明采用如下技术方案。

一种稀土元素修饰的铂钌纳米颗粒的制备方法，制备方法包括：

(1)配置稀土金属盐、钌盐、铂盐的混合溶液，加入于DMF中，充分搅拌均匀；

(2)随后通入氢气，在120-160℃下反应3-5小时，冷却至室温，经离心、洗涤、干燥后得到稀土氧化物修饰的钌铂纳米微粒；

(3)将获得的催化剂和炭黑混合均匀，超声均匀后，干燥，然后进行热处理1小时以

上(150-450℃)得到PtRu-REE/C，用于电化学性能测试。

本发明采用了原位调控合成氛围，氢气和硼氢化钠作为还原剂，用简单的水热合成方法，制备了一系列的不同稀土元素修饰的PtRu纳米材料。该催化剂在碱性条件下具有高性能和高稳定性。