本發(fā)明涉及一種鉑銀合金空心納米花的制備方法，該納米材料作為燃料電池催化劑在堿性條件下對(duì)甲酸鉀、甲酸鈉展現(xiàn)出超高的催化活性和穩(wěn)定性。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，燃料電池越來越受到人們的重視。尤其是直接甲酸燃料電池。甲酸燃料電池有著更高的電動(dòng)勢(shì)、合理的能量密度、更低的燃料交叉等突出的優(yōu)勢(shì)。由于酸性條件下，陰極的orr動(dòng)力學(xué)緩慢，因此，堿性條件下的燃料電池在近些年開始備受關(guān)注。堿性條件下的甲酸燃料電池存在著催化劑活性低、穩(wěn)定性差等問題，嚴(yán)重制約其發(fā)展。因此，尋找一種高活性、高穩(wěn)定性的催化劑是眾多研究者的奮斗目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種簡(jiǎn)單有效的制備分散均勻并且形貌、壁厚可控的鉑銀合金空心納米花的方法。

解決上述技術(shù)問題所采用的技方案由下述步驟組成：

1、制備銀納米花

將硝酸銀、聚丙烯酸鈉、抗壞血酸按摩爾比為1:(6～25):(5～15)加入蒸餾水中，混合均勻，用氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)所得混合液的ph值至5～9，室溫下攪拌反應(yīng)1～2小時(shí)，得到銀納米花溶液。

2、制備鉑銀合金空心納米花

向步驟1得到的銀納米花溶液中加入氯亞鉑酸鉀和聚丙烯酸鈉，混合均勻，用硝酸水溶液調(diào)其ph值至2～4，室溫下攪拌反應(yīng)10～20分鐘，離心、洗滌、干燥，得到鉑銀合金空心納米花。

上述步驟1中，所述硝酸銀、聚丙烯酸鈉、抗壞血酸的摩爾比優(yōu)選為1:10:10。

上述步驟1中，所述氫氧化鈉水溶液中氫氧化鈉的濃度為0.3～1.0mol/l。

上述步驟2中，所述氯亞鉑酸鉀和聚丙烯酸鈉的摩爾比優(yōu)選為1:10～15，且所述氯亞鉑酸鉀的加入量是步驟1中硝酸銀摩爾量的0.20～1.2倍。

上述步驟2中，所述硝酸水溶液中硝酸的濃度為0.05～0.2mol/l。

上述的聚丙烯酸鈉的數(shù)均分子量為2100～5100。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明采用聚丙烯酸鈉(paas)為穩(wěn)定劑，在制備銀納米花的過程中，paas作為銀離子的穩(wěn)定劑，降低了銀的還原速度，同時(shí)避免了產(chǎn)物的團(tuán)聚，從而得到形貌均一可控的銀納米花。

2、本發(fā)明以銀納米花為模板，以氯亞鉑酸鉀作為鉑源并充當(dāng)刻蝕劑，通過伽伐尼還原法直接得到鉑銀合金空心納米花。同時(shí)，通過控制氯亞鉑酸鉀的用量，可以有效控制空心納米花的壁厚，得到不同殼層厚度的鉑銀合金空心納米花。

3、本發(fā)明不需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)品產(chǎn)量高，純度高，且均一性好，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

4、本發(fā)明制備的鉑銀合金空心納米花與傳統(tǒng)的鉑黑催化劑相比，對(duì)甲酸鉀有著超高的電催化活性，在甲酸燃料電池的應(yīng)用中具有巨大的使用潛力。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1制備的銀納米花的tem圖。

圖2是實(shí)施例1制備的銀納米花的sem圖。

圖3是實(shí)施例1制備的鉑銀合金空心納米花的tem圖。

圖4是實(shí)施例1制備的鉑銀合金空心納米花的sem圖。

圖5是實(shí)施例2制備的鉑銀合金空心納米花的sem圖。

圖6是實(shí)施例3制備的鉑銀合金空心納米花的tem圖。

圖7是實(shí)施例4制備的鉑銀合金空心納米花的tem圖。

圖8是pt黑和實(shí)施例1制備的鉑銀合金空心納米花分別電催化甲酸鉀分解測(cè)試圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于這些實(shí)施例。

實(shí)施例1

1、制備銀納米花

將0.1ml0.1mol/l的硝酸銀水溶液、0.2ml0.5mol/l數(shù)均分子量為5100的paas水溶液、0.2ml0.5mol/l的抗壞血酸水溶液超聲混合均勻，用0.5mol/l氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)所得混合液的ph值為8，室溫下攪拌反應(yīng)1.5小時(shí)，得到銀納米花溶液(見圖1和圖2)。

2、制備鉑銀合金空心納米花

向步驟1得到的銀納米花溶液中加入0.1ml0.024mol/l氯亞鉑酸鉀水溶液和0.05ml0.5mol/l數(shù)均分子量為5100的paas水溶液，用0.1mol/l硝酸水溶液調(diào)節(jié)其ph值至3，室溫下攪拌反應(yīng)10分鐘，離心、洗滌、干燥，得到鉑銀合金空心納米花。

實(shí)施例2

在實(shí)施例1的步驟1中，0.2ml0.5mol/l數(shù)均分子量為5100的聚丙烯酸鈉水溶液用0.5ml0.5mol/l數(shù)均分子量為2100的聚丙烯酸鈉水溶液替換，其他步驟與實(shí)施例1相同，得到鉑銀合金空心納米花(見圖5)。

實(shí)施例3

在實(shí)施例1的步驟2中，0.1ml0.024mol/l氯亞鉑酸鉀水溶液用0.5ml0.024mol/l氯亞鉑酸鉀水溶液替換，其他步驟與實(shí)施例1相同，得到鉑銀合金空心納米花(見圖6)。

實(shí)施例4

在實(shí)施例1中，0.2ml0.5mol/l數(shù)均分子量為5100的paas水溶液用0.5ml0.5mol/l數(shù)均分子量為5100的聚丙烯酸鈉水溶液替換，其他步驟與實(shí)施例1相同，得到鉑銀合金空心納米花(見圖7)。

發(fā)明人采用實(shí)施例1得到的鉑銀合金空心納米花電催化甲酸氧化，具體方法為：將8ml1mol/l的甲酸鉀水溶液用1mol/l氫氧化鉀水溶液調(diào)節(jié)ph值至14，然后加入2mg/ml鉑銀合金空心納米花的水溶液，混合均勻，取所得混合液4μl滴加于鉑碳電極上，待干燥后即可用于電化學(xué)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖8。由圖8可見，與商業(yè)化鉑黑相比，本發(fā)明制備的鉑銀合金空心納米花對(duì)甲酸鉀具有超高的電催化活性。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鉑銀合金空心納米花的制備方法，該方法以聚丙烯酸鈉為穩(wěn)定劑、抗壞血酸作為還原劑，先將硝酸銀在室溫下還原，合成銀納米花，然后利用伽伐尼還原法，引入氯亞鉑酸鉀作為鉑源，直接可得到鉑銀合金空心納米花。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，所得鉑銀合金空心納米花的形狀規(guī)則、尺寸均一，在堿性甲酸燃料電池中有著超高的催化活性和穩(wěn)定性，在燃料電池領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景，適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：陳煜;漢術(shù)和;劉慧敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.27
技術(shù)公布日：2017.10.20