本發(fā)明屬于氧還原催化材料，涉及一種鉑基納米線電催化材料及其自組裝制備方法與在氧還原反應(yīng)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、金屬納米線具有高電導(dǎo)、獨(dú)特的光學(xué)特性、高長(zhǎng)徑比等優(yōu)異特性。一維鉑基納米線材料與納米顆粒相比，具有較大的長(zhǎng)徑比，有利于構(gòu)建自支撐的3d網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供連續(xù)的電子傳輸路徑，降低了電荷傳遞電阻，改善電極的電導(dǎo)率和動(dòng)力學(xué)，在電催化方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

2、為了實(shí)現(xiàn)納米線的制備，專利cn111313045公開(kāi)了一種鉑銅合金納米線及其制備方法和應(yīng)用，雖然該鉑銅合金納米線作為甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑催化活性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，但是該催化劑使用水熱法制備，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。且該專利并未提及制備其他過(guò)渡金屬與鉑合成鉑基納米線催化劑的方法，不具有普適性。專利cn105081341a提供了一種液相合成方法獲得鉑納米線網(wǎng)，雖然制備方法操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快，但該方法合成時(shí)需要使用有機(jī)表面活性劑，這不利于催化活性，需要進(jìn)一步處理去除活性劑。目前一維鉑基納米線主要以液相制備為主，制備過(guò)程引入活性劑，且很難通過(guò)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

3、因此，迫切需要開(kāi)發(fā)一種表面清潔、普適性高的大規(guī)模鉑基納米線催化劑，作為燃料電池陰極催化劑應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是提供一種鉑基納米線電催化材料及其自組裝制備方法與在氧還原反應(yīng)中的應(yīng)用。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜有機(jī)封端試劑即可控制多元金屬納米線生長(zhǎng)。在還原性氣體的輔助作用下，通過(guò)不同晶面對(duì)氣體的吸附能不同，自組裝生長(zhǎng)金屬納米線，可用于氧還原反應(yīng)且催化性能優(yōu)異。

2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明的第一方面提供一種鉑基納米線電催化材料的自組裝制備方法，包括：

4、將鉑前驅(qū)體鹽與過(guò)渡金屬前驅(qū)體鹽混合，在還原性氣體中加熱還原，再在稀釋還原性氣體中加熱自組裝，得到鉑基納米線電催化材料；

5、其中，所述加熱還原中，還原溫度為100～200℃；所述加熱自組裝中，加熱溫度為250～300℃。

6、進(jìn)一步地，所述還原性氣體為氫氣。

7、進(jìn)一步地，所述稀釋還原性氣體為氫氣與惰性氣體的混合氣。

8、進(jìn)一步地，所述氫氣的含量為5～10vol％。

9、進(jìn)一步地，所述過(guò)渡金屬前驅(qū)體鹽中，過(guò)渡金屬選自鐵、鎳、銅或鈷中的至少一種。

10、進(jìn)一步地，所述鉑前驅(qū)體鹽與過(guò)渡金屬前驅(qū)體鹽中，鉑與過(guò)渡金屬的摩爾比為(1～3):1。

11、進(jìn)一步地，所述鉑前驅(qū)體鹽為氯亞鉑酸鹽，所述過(guò)渡金屬前驅(qū)體鹽選自乙酰丙酮鹽。

12、進(jìn)一步地，所述鉑前驅(qū)體鹽與過(guò)渡金屬前驅(qū)體鹽的混合過(guò)程中，還包括與載體一同混合。

13、進(jìn)一步地，所述載體選自多孔碳粉或二氧化鈦納米顆粒，用量為80～120mg/0.1mmol?pt。

14、本發(fā)明的第二方面提供一種鉑基納米線電催化材料，采用如上所述的方法制備的得到。

15、本發(fā)明的第三方面提供一種鉑基納米線電催化材料的應(yīng)用，包括將所述鉑基納米線電催化材料作為電極材料用于制備燃料電池。

16、本發(fā)明利用了金屬在氫氣環(huán)境下的自組裝特性，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)簡(jiǎn)單還原反應(yīng)合成形貌可控的純鉑/二元鉑基合金納米線金屬材料的目的；同時(shí)避免了有機(jī)物封端劑對(duì)金屬納米材料催化性能的影響，實(shí)現(xiàn)了制備表面清潔的納米線金屬材料的目的。該方法具有普適性，可用于不同鉑基金屬的納米線合成，所制備的鉑基合金納米線材料，由于低貴金屬含量、暴露高指數(shù)晶面，展現(xiàn)出優(yōu)異的電催化氧還原性能。且該方法與傳統(tǒng)的液相合成相比，將更適用于批量化的工業(yè)生產(chǎn)。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

18、1)本發(fā)明所制備的自組裝金屬納米線其貴金屬鉑占比不高過(guò)渡金屬的協(xié)同效應(yīng)使催化劑電催化氧還原活性高，且極大降低催化劑成本；

19、2)本發(fā)明采用氣相反應(yīng)，不同于傳統(tǒng)濕化學(xué)法，制備工藝簡(jiǎn)單，適用于規(guī)模化批量生產(chǎn)；

20、3)本發(fā)明制備過(guò)程無(wú)需引入任何封端劑，催化劑產(chǎn)物表面清潔，無(wú)需特殊化處理，金屬暴露面積大，展現(xiàn)出優(yōu)異催化活性，且綠色環(huán)保，降低生產(chǎn)成本；

21、4)本發(fā)明普適性高，不僅適用于純鉑金屬的自組裝納米線制備，也適用于不同過(guò)渡金屬成分及比例的合金納米線自組裝合成。

技術(shù)特征：

1.一種鉑基納米線電催化材料的自組裝制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉑基納米線電催化材料的自組裝制備方法，其特征在于，所述還原性氣體為氫氣；所述稀釋還原性氣體為氫氣與惰性氣體的混合氣。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉑基納米線電催化材料的自組裝制備方法，其特征在于，所述氫氣的含量為5～10vol％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉑基納米線電催化材料的自組裝制備方法，其特征在于，所述過(guò)渡金屬前驅(qū)體鹽中，過(guò)渡金屬選自鐵、鎳、銅或鈷中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉑基納米線電催化材料的自組裝制備方法，其特征在于，所述鉑前驅(qū)體鹽與過(guò)渡金屬前驅(qū)體鹽中，鉑與過(guò)渡金屬的摩爾比為(1～3):1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉑基納米線電催化材料的自組裝制備方法，其特征在于，所述鉑前驅(qū)體鹽為氯亞鉑酸鹽，所述過(guò)渡金屬前驅(qū)體鹽選自乙酰丙酮鹽。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉑基納米線電催化材料的自組裝制備方法，其特征在于，所述鉑前驅(qū)體鹽與過(guò)渡金屬前驅(qū)體鹽的混合過(guò)程中，還包括與載體一同混合。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉑基納米線電催化材料的自組裝制備方法，其特征在于，所述載體選自多孔碳粉或二氧化鈦納米顆粒，用量為80～120mg/0.1mmol?pt。

9.一種鉑基納米線電催化材料，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述方法制備得到。

10.一種如權(quán)利要求9所述的鉑基納米線電催化材料的應(yīng)用，其特征在于，所述鉑基納米線電催化材料作為電極材料用于制備燃料電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于氧還原催化材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鉑基納米線電催化材料的自組裝制備方法與在氧還原反應(yīng)中的應(yīng)用，制備方法包括：將鉑前驅(qū)體鹽與過(guò)渡金屬前驅(qū)體鹽混合，在還原性氣體中加熱還原，再在稀釋還原性氣體中加熱自組裝，得到鉑基納米線電催化材料；其中所述加熱還原中，還原溫度為100～200℃；所述加熱自組裝中，加熱溫度為250～300℃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜有機(jī)封端試劑即可控制多元金屬納米線生長(zhǎng)。在還原性氣體的輔助作用下，通過(guò)不同晶面對(duì)氣體的吸附能不同，自組裝生長(zhǎng)金屬納米線，可用于氧還原反應(yīng)且催化性能優(yōu)異。

技術(shù)研發(fā)人員：鄔劍波,馬艷玲,宋安然,李燕潔,彭佳恒,胡昊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30