[发明专利]一种介孔铂镍磷纳米笼电催化剂及其制备方法

说明书

一种介孔铂镍磷纳米笼电催化剂及其制备方法，20～100mg二氧化硅球超声分散在5～20mL异丙醇和100～300μL的3‑氨丙基三甲氧基硅氧烷的混合溶液中，随后将其回流；取1～5mg功能化二氧化硅球和10～30mgF127超声分散在1～5mL氯亚铂酸钾溶液中，将1～5mL抗坏血酸溶液滴加到上述溶液中超声；经过离心洗涤后分散在HF溶液中静置，在0.1～1mL氯化镍和1～10mL次磷酸钠的混合溶液中滴加1～10mL上述溶液，随后再滴加1～5mL硼氢化钠溶液，得到的产物用水离心洗涤，然后在真空烘箱中干燥。本发明制备工艺简单、重复性好、产物产率高、能够大剂量合成，便于工业化生产。

(一)技术领域

本发明涉及一种介孔铂镍磷纳米笼电催化剂及其制备方法，该催化剂可用于电化学催化甲醇氧化及氧还原反应的研究。

(二)背景技术

由于化石燃料的过度使用带来的日趋严重的环境、经济、能源问题，使得直接甲醇燃料电池作为汽车和便携式电子设备的能源转换装置引起了极大的关注。但是，阴极氧还原反应的缓慢动力学和阳极甲醇氧化的稳定性差等问题严重阻碍直接甲醇燃料电池商业化的进程。迄今为止，铂基纳米材料被公认为是直接甲醇燃料电池最有效的电催化剂(Nie,Y.；Li,L.；Wei,Z.,Recent advancements in Pt and Pt-free catalysts for oxygenreduction reaction.Chem.Soc.Rev.2015,44,2168-2201)。然而Pt催化剂存在成本过高、活性不足、耐CO能力差等问题，因此限制了铂基催化剂的大规模使用。

为了提高Pt催化剂的性能，一种有效的策略是将铂和其他过渡金属复合形成合金材料，并调控他们的形貌和尺寸，不仅能够直接提高一氧化碳的耐受性，同时降低贵金属铂的使用量，并显著地增强催化活性(Porter,N.S.；Wu,H.；Quan,Z.；Fang,J.,Shape-Controland Electrocatalytic Activity-Enhancement of Pt-Based BimetallicNanocrystals.Acc.Chem.Res.2013,46,1867-1877)。然而，过渡金属容易从合金中析出导致催化性能的衰减。磷是一种廉价的非金属元素，在酸性介质和碱性介质中表现出优异的稳定性，同时磷还能够提供丰富的价电子，将铂和磷形成复合材料被认为是提高催化剂活性、稳定性和一氧化碳耐受性的最具前景的方法之一。

由于金属铂和非金属磷物理和化学性质之间的差异，想可控的合成铂磷复合材料仍然是一项挑战。近年来，李高仁课题组报道了一种高效的利用模板辅助电沉积的方法合成了一维超薄多孔铂镍磷复合纳米管阵列，该阵列具有较高的电化学活性和长时间甲醇氧化的稳定性(Ding,L.X.；Wang,A.L.；Li,G.R.et al.Porous Pt-Ni-P composite nanotubearrays:highly electroactive and durable catalysts for methanol electrooxidation.J.Am.Chem.Soc.2012,134(13):5730-5733)。尽管，近年来成功的可控合成了多孔磷掺杂铂基纳米复合材料，但用常规方法合成三维铂镍磷纳米结构仍然十分困难。基于以上考虑，我们报道了一种简单有效的一锅湿法化学合成策略，用于制备具有均一的超薄介孔壳铂镍磷纳米笼结构。与铂纳米颗粒相比，独特的三维铂镍磷纳米笼结构不仅增加了表面原子暴露的比例，而且有利于反应物和产物分子的扩散。将磷掺杂的复合材料和三维介孔纳米笼结构的优势结合起来，构建高效的直接甲醇燃料电池催化剂，能够有效的提升其催化活性、稳定性和一氧化碳耐受性，对促进直接甲醇燃料电池商业化具有重要意义。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种介孔铂镍磷纳米笼电催化剂及其制备方法，以及其对电化学催化甲醇氧化和氧还原反应的研究。

本发明采用的技术方案是：

一种介孔铂镍磷纳米笼电催化剂，由如下方法制备：