[发明专利]一种催化氧还原反应的铂钯镍磷合金多孔纳米微球及其制备方法

说明书

一种催化氧还原反应的铂钯镍磷合金多孔纳米电催化剂及其制备方法，分别取总体积为4mL的氯铂酸和氯钯酸钠混合溶液，然后加入0.01～0.2mL盐酸溶液，再加入0.01～0.2g的F127，最后再加入1～10mL抗坏血酸溶液，溶液充分混合后在超声下反应，离心分离、收集沉淀并洗涤后得到铂钯合金纳米微球，并将沉淀重新分散在2mL水溶液中；取体积为0.2～5mL的次磷酸钠和0.1～2mL氯化镍溶液依次加入到铂钯水溶液中，然后加入1～5mL硼氢化钠溶液，室温搅拌反应，离心收集沉淀、超纯水洗涤、干燥后得到产物。本发明操作流程简单，反应时间较短，在常温常压下制得的材料具有优异的电催化氧还原性能。

(一)技术领域

本发明涉及一种铂钯镍磷合金多孔纳米微球及其制备方法，该催化剂可用于电化学催化氧还原反应的研究。

(二)背景技术

氧还原反应是燃料电池阴极发生的关键反应，改善其反应动力学具有深远意义。目前，贵金属铂是优异的催化氧还原反应的电催化剂。然而，金属铂价格昂贵，储量低，阻碍了此类催化剂的大规模使用。因此，开发新型的铂基催化剂从而加速氧还原反应的进行，对于燃料电池和储能技术的发展都影响深远(Minhua Shao,Qiaowan Chang,Jean-PolDodelet,Regis Chenitz.Recent Advances in Electrocatalysts for OxygenReduction Reaction.Chem.Rev.2016,116,3594-3657)。

调节铂基催化剂的组成和形貌为高性能催化剂的设计提供了一种可靠的方法。目前，与多孔铂基材料相关的研究较多。与实心材料相比，多孔材料比表面积更大，催化活性位点显著增加，因而表现出更优越的催化活性。尤其是形貌规则，大小均匀的多孔材料是理想的催化剂材料(You Xu,Bin Zhang.Recent Advances in Porous Pt-basedNanostructures:Synthesis and Electrochemical Applications.Chem.Soc.Rev.2014,43,2439-2450)。因此，设计新型多孔材料来催化氧还原反应是一条可行的道路。

基于铂和过渡金属的合金材料是另一种极富潜力的催化剂材料。此类材料中铂与其他金属之间可以通过配位和几何作用调节其电子结构，这是其催化性能优越的根本原因(Shaofang Fu,Chengzhou Zhu,Dan Du,Yuehe Lin.Enhanced ElectrocatalyticActivities of PtCuCoNi Three-Dimensional Nanoporous Quaternary Alloys forOxygen Reduction and Methanol Oxidation Reactions.ACS Appl.Mater.Interfaces2016,8,6110-6116)。除了传统的合金材料，近几年的研究表明，将非金属元素(如磷，硫，硼)引入到金属材料中可以大幅度提高铂基合金材料的催化性能。更进一步的研究表明，非金属元素的价电子可以改善金属铂的电子结构，从而改善其催化活性。基于此，很多金属-非金属杂化材料被设计合成出来，并且展现出优于传统合金材料的催化性能(Lili Zhang,Meng Wei,Suqing Wang,Zhong Li,Liang-Xin Ding,Haihui Wang.Highly Stable PtPAlloy Nanotube Arrays as a Catalyst for the Oxygen Reduction Reaction inAcidic Medium.Chem.Sci.2015,6,3211–3216)。然而，目前报道的大部分基于铂和磷的杂化材料的合成方法都采用较高的磷化温度和有毒试剂(如正三辛基膦等)，不利于其进一步发展。另一方面，目前文献报道的此类材料大多为实心结构，比表面积较低。因此，利用简单可行的方法设计合成多孔铂基杂化材料是开发高性能催化剂的关键。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种催化氧还原反应的铂钯镍磷合金多孔纳米微球及其制备方法，以及对催化氧还原反应进行研究。