[发明专利]一种高分散性Pt-Cu合金纳米颗粒的制备方法

说明书

本发明提供一种高分散性Pt‑Cu合金纳米颗粒的制备方法。属于合金纳米材料制备的技术领域。制备过程包括：配置前驱物氯化铜溶液，90‑100摄氏度加热搅拌，加入长链烷基胺，加入还原剂抗坏血酸，加入氯铂酸，加热反应20‑30分钟。在制备过程中：长链烷基胺的加入不仅可提高Pt‑Cu合金纳米颗粒的单分散性，还可通过降低反应速率抑制杂质相的生成。氯铂酸在反应中起到提供Pt源、促进二价Cu转化为零价Cu等作用。本发明所提供的方法操作简单、绿色环保、生产成本低、制备环境较容易实现。所制备的Pt‑Cu合金具有高分散性以及表面的清洁。在析氢反应的催化应用中，Pt‑Cu合金具有优越的催化稳定性能。

技术领域

本发明属于纳米颗粒制备的技术领域，特别涉一种利用“水热还原”方式，制备具有高分散性Pt-Cu合金纳米颗粒的简单方法。

背景技术

近些年来，由于传统化石能源的开发与使用，我国北方空气质量问题日益严峻。空气污染与雾霾天气已严重危害公众健康。开发新型能源逐渐成为解决环境问题，推进绿色发展的重要途径。在众多新能源中，氢气由于较高的能量密度以及燃烧后二氧化碳的零排放，长期以来一直被认做是最为理想的清洁能源。目前，电解水是产氢的重要手段。然而，在实际上，电解水制氢电势远高于理论值，且实际电势随着析氢过程的进行不断增强。因此，开发高效的析氢催化剂成为人们研究的热点。目前，针对电解水最有效的催化材料是金属Pt（Computational

high-throughput screening of electrocatalytic materials for hydrogenevolution [J]. Nat Mater,2006. 5(11): 909-913）。但是，由于相对匮乏的资源和高昂的价格，单质Pt纳米材料的开发受到严重的制约。利用过渡金属Cu与Pt构成的合金作为催化剂可有效减少单质Pt的负载量，缓解材料的成本问题。在众多过渡金属中，金属Cu由于丰富存储资源以及较低的毒性，长期以来，受到人们广泛的关注。制备Pt-Cu合金对高效催化剂开发具有重要意义。

目前，液相法制备Pt-Cu的纳米合金主要即可概括为：

1.晶种法：该方法基于置换反应原理，通过消耗部分Cu晶种获得合金。制备中，先以可溶性Cu的金属盐为前驱体制，油胺为溶剂和还原剂，获得Cu晶种，随后加入可溶性Pt盐获得Pt-Cu合金（Balancing the galvanic replacement and reduction kinetics forthe general formation of bimetallic CuM (M= Ru, Rh, Pd, Os, Ir, and Pt)hollow nanostructures [J]. Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4(47):18354-18365）。

不足之处在于：1）需先制备单质Cu晶种，无法一步获得目标产物，反应时间较长（4小时以上）；2）油胺本身价格较高，具有一定毒性，大量制备会对环境造成一定破坏。

2.共还原法：以1,2-十四烷二醇为还原剂，同时将可溶性Cu金属盐与Pt盐还原。为了提高所得合金的单分散性，常选择四辛基溴化铵等为表面活性剂（Composition‐Dependent Electrocatalytic Activity of Pt‐Cu Nanocube Catalysts for FormicAcid Oxidation [J]. Angewandte Chemie, 2010, 122(7): 1304-1307）。

该方法虽然实现了一步制备，然而也存在其固有的弊端：1）首先，由于Cu属于过渡金属，其还原电势远低于Pt，为了确保合金的形成，制备需在高温反应条件下进行；2）其次，制备成过程中油胺和十四烷二醇成本价格较高，不适合大规模生产；3）表面吸附的有机配体，很难通过简单清洗的方式去除，直接影响材料的应用性能。

发明内容