[发明专利]一种Pt-Ni合金多孔碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种Pt‑Ni合金多孔碳复合材料及其制备方法和应用，涉及复合材料技术领域。本发明提供的Pt‑Ni合金多孔碳复合材料，包括多孔碳材料以及附着在所述多孔碳材料上的Pt‑Ni合金；所述多孔碳材料具有ZSM‑5分子筛的骨架形貌；所述Pt‑Ni合金的负载量为3～6wt％。本发明通过在具有ZSM‑5分子筛骨架形貌的多孔碳材料上负载Pt‑Ni合金，提高了催化活性和稳定性。本发明提供的Pt‑Ni合金多孔碳复合材料具有独特的孔结构、大表面积、出色的结构稳定性和高导电性等优势，适宜应用于化学催化领域。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种Pt-Ni合金多孔碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

多孔材料具有大的表面积和可控的孔结构，在重整、分离、汽车尾气控制、烯烃加氢、燃料电池、传感器、环境监测和储能等方面的应用受到广泛关注。特别是多孔金属材料具有广泛的用途，可作为各种石化反应(例如氢化反应)的化学催化剂和能源转换技术(例如燃料电池和电池)的电催化剂。

用于上述应用的传统金属催化剂通常依赖于贵金属(如Pt、Pd、Rh和Ru)，并在相对较高的温度和H₂压力下表现出良好的活性。然而，尽管贵金属催化剂的活性很高，但贵金属的高成本和稀缺性，以及将贵金属制成多孔结构的高成本，限制了其大规模的商业化生产，基于过渡金属(如Ni、Fe、Co、Mn和Cr)的催化剂更便宜，然而，它们通常表现出较低的催化活性和较短的使用寿命。因此，应该开发具有多孔纳米结构的廉价有效的金属催化剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Pt-Ni合金多孔碳复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的Pt-Ni合金多孔碳复合材料能够在降低贵金属Pt用量的同时具有较高的催化活性、稳定性和耐久性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种Pt-Ni合金多孔碳复合材料，包括多孔碳材料以及附着在所述多孔碳材料上的Pt-Ni合金；所述多孔碳材料具有ZSM-5分子筛的骨架形貌；所述Pt-Ni合金的负载量为3～6wt％。

优选地，所述Pt-Ni合金的直径为3～5nm。

优选地，所述Pt-Ni合金中Pt元素和Ni元素的质量比为1:3～5。

本发明提供了上述技术方案所述Pt-Ni合金多孔碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将ZSM-5分子筛和碱溶液混合，进行刻蚀，得到中空ZSM-5分子筛；

依次采用氯化铵溶液和硝酸钙溶液对所述中空ZSM-5分子筛进行离子交换，干燥后焙烧，得到中空改性ZSM-5分子筛；

将铂源、镍源和水混合，得到双金属溶液；

将所述中空改性ZSM-5分子筛置于所述双金属溶液中，进行浸渍，得到担载Pt-Ni合金的ZSM-5分子筛；

以碳氢化合物为碳源，采用化学气相沉积对所述担载Pt-Ni合金的ZSM-5分子筛进行碳沉积，得到复合碳材料；

除去所述复合碳材料中的ZSM-5分子筛，得到Pt-Ni合金多孔碳复合材料。

优选地，所述刻蚀的温度为50～80℃；所述刻蚀的时间为30～60min。

优选地，采用氯化铵溶液进行离子交换的温度和采用硝酸钙溶液进行离子交换的温度独立为50～80℃；采用氯化铵溶液进行离子交换的时间和采用硝酸钙溶液进行离子交换的时间独立为6～12h。

优选地，所述铂源为硝酸四氨合铂和/或氯铂酸；所述镍源为镍盐；所述铂源中的Pt与镍源中的Ni的质量比为1:3。

优选地，所述浸渍的时间为6～24h，温度为室温。