[发明专利]一维纳米线结构单原子合金催化剂及制备方法和应用

权利要求书

1.一种单原子合金催化剂，其特征在于：所述催化剂包括载体和活性组分，所述活性组分的结构为：Pt以单原子形式分散在基体金属M纳米线表面，所述M包括Au、Ag、Ru、Pd、Rh、Ir、Os中的一种或多种；所述活性组分锚定在载体上。

2.根据权利要求1所述的催化剂，其特征在于：所述载体为碳载体或金属氧化物粉末；所述碳载体包括碳纳米管、碳纳米球、碳纳米纤维网；所述金属氧化物包括二氧化硅、二氧化钛、氧化锡锑、氧化镁、氧化锰。

3.一种权利要求1-2任一项所述催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、将载体分散于水中，超声搅拌后得到溶液A；

S2、取铂前驱体溶液和M金属前驱体溶液分散于水中，加入表面活性剂和还原剂，混合后得到溶液B；

S3、将步骤S1得到的溶液A和步骤S2得到的溶液B一同加入反应釜中，并在反应釜中进行实时搅拌，同时将反应釜放入烘箱中进行反应，反应结束后得到合金催化剂预成品；

S4、将步骤S3得到的合金催化剂预成品用水离心洗涤后，随后烘干，得到合金催化剂预成品粉末；

S5、将步骤S4得到的合金催化剂预成品粉末用清洗剂溶剂清洗，密封搅拌，随后用水离心洗涤，烘干，得到一维纳米线结构的铂单原子合金催化剂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中，

所述载体与水的质量比为1:1-10。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述铂前驱体为氯铂酸(H₂PtCl₆)、二氯四氨基铂(Pt(NH₃)₄Cl₂)、二氯六氨基铂(Pt(NH₃)₆Cl₂)、二亚硝基二氨铂(Pt(NO₂)₂(NH₃)₂)中的一种或多种；所述M金属前驱体包括含M金属的盐、酸中的一种或多种；

所述还原剂为抗坏血酸、乙二醇、水合肼中的一种或多种；

所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素(MC)、聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠中的一种或多种；

所述铂前驱体溶液与M金属前驱体溶液的摩尔比为1：10-50；

所述铂前驱体溶液与水的摩尔比为1:10-50；

所述表面活性剂与M金属前驱体摩尔比为0.1-1：1；

所述还原剂与M金属前驱体摩尔比为0.5-60:1。

6.根据权利要求3所述的一种制备方法，其特征在于：步骤S3中，当烘箱温度为60-120℃，设置反应釜搅拌速度为100-300rpm/min，0.5-1h后，溶液中铂前驱体和M前驱体吸附在载体上；当烘箱温度为120-140℃时，设置反应釜搅拌速度为100-500rpm/min，0.5-1h后，溶液中铂前驱体和M前驱体原位还原在载体上；当烘箱温度为140-180℃，设置反应釜搅拌速度为500-800rpm/min，0.5-1h后，溶液体系完全混合。

7.根据权利要求2所述的一种制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述离心洗涤次数为4-6次；

所述烘干温度为60-80℃，烘干时间12-18h。

8.根据权利要求2所述的一种制备方法，其特征在于：步骤S5中，所述清洗剂溶剂为叔丁醇、四氢呋喃、丙酮、甲醇中的一种或多种；

所述清洗剂溶剂与合金催化剂预成品粉末的摩尔比为10-100:1；

所述密封搅拌时间为1-3h，搅拌速度为1000-1500rpm/min；

所述离心洗涤次数为2-6次；

所述烘干温度为60-80℃，烘干时间12-18h。

9.一种权利要求1-2任一项所述催化剂或权利要求3-8任一项所述制备方法制得的催化剂在质子交换膜燃料电池中的应用。