[发明专利]一种制备具有开放式多孔六角结构的Pt-Cu纳米晶的方法

说明书

本发明公开了一种制备具有开放式多孔六角结构的Pt‑Cu纳米晶的方法，主要通过油浴法合成和电化学法处理获得了具有特殊结构的Pt‑Cu纳米双金属合金。由于具有较高的表面积和丰富的活性位点，该纳米晶可应用于氧还原反应(ORR)、二氧化碳还原反应(CO₂RR)、氮还原反应(N₂RR)、甲醇氧化反应(MOR)、乙醇氧化反应(EOR)等多种电化学催化反应，亦可应用于高曲率晶体的表面扩散动力学、表面应力效应、高磁阻效应等表面科学和纳米科学的研究。

技术领域

本发明涉及催化领域与纳米领域。一种制备具有开放式多孔六角结构的Pt-Cu纳米晶的方法。

背景技术

由于能源危机和全球变暖问题，致力于实现“双碳”目标的清洁可再生能源的开发与应用日趋重要。其中，燃料电池和碳固定等多种反应需要催化剂，而金属Pt催化剂的催化性能出众，所以广泛应用于氧还原反应(ORR)、二氧化碳还原反应(CO₂RR)、氢氧化反应(HOR)、甲醇氧化反应(MOR)和乙醇氧化反应(EOR)等。但金属Pt属于稀缺资源且价格高昂，于是在部分催化剂的研究工作中，部分Pt被置换为过渡族金属以形成Pt-M(Metal)双金属合金催化剂，不仅达到了节约资源和降低成本的效果，且进一步提升了催化活性。金属催化剂的尺寸和比表面积对其催化性能至关重要，纳米催化剂因较大的比表面积、更多的活性位点而具有更加优异的催化性能。在该基础上，对于形貌的进一步调控，例如形成多角结构和多孔结构，均既能通过增大催化材料的比表面积提升催化活性，又可规避颗粒集聚和奥斯瓦尔德熟化现象从而提升耐久性。同时，由于多孔结构提供了一个空间可被二级相填充形成纳米反应器，因而可在纳米尺度进行高曲率晶体表面的扩散动力学、表面热力学等基础研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种形成特殊结构的纳米材料的方法，主要制备了具有开放式多孔六角结构的Pt-Cu纳米晶。

本发明提供的技术方案是：

本发明公开了制备具有开放式多孔六角结构的Pt-Cu纳米晶的方法。该方法通过控制合金元素的投料比、添加剂的种类、油浴加热时间和电化学处理条件来改变特殊结构的Pt-Cu纳米晶。具体实施步骤如下：

(1)合成六角结构的Pt-Cu纳米晶：将乙酰丙酮铂(Pt(acac)₂)、二水氯化铜(CuCl₂·2H₂O)和十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)溶解在油胺(OAm)中，其中Pt(acac)₂和CuCl₂·2H₂O的摩尔比为1:3，混合液超声至完全溶解得到前驱体溶液。将前驱体溶液在220℃中油浴加热6小时获得Pt-Cu六角纳米晶。

(2)将上述Pt-Cu纳米晶处理为开放式多孔结构：将步骤(1)中所得的纳米颗粒均匀分散到碳载体上，再将载碳颗粒制备成浆液涂覆到玻碳电极表面，而后将含有涂层的玻碳电极转移至电化学旋转圆盘电极中。在室温、三角波波谱、100mV·s^-1扫描频率和1.0-1.6V(电位相比于标准氢电极电位)电位范围条件下循环500圈及以上圈数进行电化学处理，最终可获得具有开放式多孔六角结构的Pt-Cu纳米晶。

本发明与原有发明相比，本发明的独特之处在于：

六角形貌纳米晶比表面积较大，表面存在大量低配位原子，反应活性高；而多孔化后，比表面积和反应活性位点进一步增加，形成的开放式多孔结构具有高曲率表面，为纳米材料表面动力学、热力学等提供研究研究基础。

附图说明

图1为制备具有出开放式多孔六角结构的Pt-Cu纳米晶的流程图。