[发明专利]一种八面体钯铂核壳结构催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种八面体钯铂核壳结构催化剂的制备方法，首先将钯金属颗粒均匀分散在乙二醇溶液中，然后向钯金属颗粒‑乙二醇混合液体中加入甘氨酸和氯铂酸，再加入去离子水；最后将混合液体搅拌并且超声，将溶液转移至反应釜中进行水热反应，反应结束后的所得为所述的八面体钯铂核壳结构催化剂。本发明合成的八面体钯铂核壳结构催化剂相较于其他核壳结构的八面体催化剂可以不需要合成具有特定八面体形貌的钯内核，因此极大的减少了合成过程的复杂性，提高了合成的效率和便利性，同时八面体钯铂核壳结构的催化剂可以作为一种高效的电催化材料，直接用于燃料电池体系中，有效缓解当今化石燃料短缺、环境污染严重的问题。

技术领域

本发明涉及催化剂制备领域，具体为一种通用的八面体钯铂核壳结构催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，由于化石燃料的燃烧，全球变暖和气候异变现象的日益严重，地球面临着资源枯竭和环境污染的双重问题，因此我们需要寻找一种新型的环境友好型能源去替代化石燃料。燃料电池作为一种新型能源，可将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，具有燃料多样性、环境亲和性等优点^[1]。贵金属纳米材料是其催化剂组分中的关键材料，直接决定了燃料电池反应的速度以及最终产物的形态。其中Pt基催化剂是公认的在低温燃料电池中催化活性最高的催化剂，但是Pt资源在地球上储备量极少，并且在具体使用过程中往往存在着稳定性差的问题如何有效的解决这两个问题，提高催化剂的催化活性，依旧是国际上的研究热点。

在对铂基催化剂的诸多改性措施中，用较便宜的金属作为内核，外表面生长极薄的一层铂壳是最有效的方法之一。其中钯金属和铂金属之间的晶格失配度只有0.77％，因此是最常见的用来作为内核的金属之一。不管是通过液相还原的方法^[2]还是欠电位沉积^[3]的方法，为了合成具有特定形貌的核壳结构催化剂，通常都需要优先合成出具有特定形貌的内核然后再进行后续壳层生长。对种子的形貌的精确调控增加了整个合成过程的复杂性。

1.S.Lister and G.McLean,PEM fuel cell electrode,Journal of PowerSources,2004,130,61-76.

2.X.Wang,S.I.Choi,L.T.Roling,M.Luo,C.Ma,L.Zhang,M.Chi,J.Liu,Z.Xie,J.A.Herron,M.Mavrikakis,Y.Xia,Palladium–platinum core-shell icosahedra withsubstantially enhanced activity and durability towards oxygen reduction,Nature Communication,2015,6,7594.

3.J.Zhang,Y.Mo,M.B.Vukmirovic,R.Klie,K.Sasaki,R.R.Adzic,PlatinumMonolayer Electrocatalysts for O2Reduction:Pt Monolayer on Pd(111)and onCarbon-Supported Pd Nanoparticles,The Journal of Physical Chemistry B 2004,108,10955-10964.

发明内容

本发明的目的在于克服现有合成特定形貌的核壳结构的催化剂必须使用特定形貌的种子这点不足，提供一种可以使用各种不同形貌的种子最终都生成八面体核壳结构的钯铂催化剂的方法。本发明主要利用的是实验过程中加入的还原剂以及反应物来达到反应过程中同时存在着内核结构重构以及外壳后续生长的两个过程。反应过程中不管是加入何种形貌的钯种子，都可以在含有甘氨酸和氯铂酸的反应溶液中，经过水热还原之后得到八面体的Pd@Pt核壳结构的催化剂。这种合成方法可以极大简化合成钯铂核壳结构催化剂的合成过程。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：