[发明专利]一种泡沫镍自支撑的介孔铂钌薄膜氧还原电催化剂及其制备方法

说明书

一种泡沫镍自支撑的介孔铂钌薄膜氧还原电催化剂及其制备方法，将一块0.1～4cm²的泡沫镍浸泡在1～6M的盐酸溶液中5～30min，除去表面氧化层，用水和乙醇洗涤后干燥；分别配置5～50mM的亚铂酸钾和氯化钌溶液，配置3～12M的盐酸溶液；称取10～50mg的F127，加入0～3mL亚铂酸钾溶液和0～3mL氯化钌溶液，加入0～125μL盐酸溶液，全部溶解后加入处理好的泡沫镍，并置于5～50℃的水浴中3～24小时；反应结束后用水和乙醇洗涤泡沫镍，真空条件下干燥，得到泡沫镍自支撑的介孔铂钌薄膜氧还原电催化剂。本发明制备工艺简单，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

本发明涉及一种泡沫镍自支撑的介孔铂钌薄膜氧还原电催化剂及其制备方法，该催化剂可用于电催化氧还原反应的研究。

(二)背景技术

介孔结构材料由于其高比表面积和大孔隙，目前被广泛应用在催化、能源、分离技术和药物输送等领域。得益于材料的金属框架结构，介孔金属被认为是很有前途的电催化剂。去合金法是一种传统的制备介孔金属的方法，它主要通过选择性刻蚀双金属或多金属合金中不稳定的金属来实现孔结构，然而该方法并不能得到均一的孔隙大小和分布情况。近十年来，合成介孔金属的方法开始向模板法转变，包括硬模板和软模板法。介孔硅作为一种最常见的硬模板被广泛应用在构建介孔金属结构上。通过简单地将金属沉积在介孔孔道中，再将模板去除来实现孔道结构的复制。溶致液晶被认为是一种可供选择的软模板。然而，因为溶致液晶是一种高粘度的物质，所以该种合成方法很难在目标区域沉积结构可控的金属，这致使溶致液晶在合成形状可控的介孔金属上有很大的局限性。这些模板法要求多步反应，并且在移除模板的过程中容易破坏介孔结构。同时，如果想要在基底上直接合成介孔金属，用这些模板法相对困难。

近些年的一些报道中，胶束自组装合成法可以简便地合成介孔金属，合成步骤优于其他方法，在合成介孔金属上取得了巨大的进展。最近几年，我们设计了一种电化学胶束自组装法在基底上电沉积合成了多种介孔金属薄膜(H.Wang,S.Ishihara,K.Ariga andY.Yamauchi,J.Am.Chem.Soc.,2012,134,10819–10821；B.Jiang,C.Li,H.Qian,M.S.A.Hossain,V.Malgras and Y.Yamauchi,Angew.Chem.Int.Ed.,2017,56,7836–7841)。在电沉积的过程中，基底只起到一个支撑的作用。在本发明中，我们设计了一种方法，将基底作为还原剂，在泡沫镍上原位合成介孔铂钌薄膜。该材料表现出了很好的电催化氧还原性能和稳定性，有很好的发展前景。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种泡沫镍自支撑的介孔铂钌薄膜氧还原电催化剂及其制备方法，以及对电催化氧还原反应进行研究。

本发明采用的技术方案是：

一种泡沫镍自支撑的介孔铂钌薄膜氧还原电催化剂，由如下方法制备：

(1)将一块0.1～4cm²的泡沫镍浸泡在1～6M的盐酸溶液中5～30min，除去表面氧化层，用水和乙醇洗涤后干燥；

(2)分别配置5～50mM的亚铂酸钾和氯化钌溶液，配置3～12M的盐酸溶液备用；

(3)称取10～50mg的F127，加入0～3mL亚铂酸钾溶液和0～3mL氯化钌溶液，加入0～125μL盐酸溶液，全部溶解后加入处理好的泡沫镍，并置于5～50℃的水浴中3～24小时；反应结束后用水和乙醇洗涤泡沫镍，真空条件下干燥，得到泡沫镍自支撑的介孔铂钌薄膜氧还原电催化剂。

反应条件的选择对制备介孔铂钌薄膜的结构具有重要影响。表面活性剂F127在制备介孔铂钌薄膜中起到了重要的作用，作为胶束模板，能有效地指导介孔铂结构的合成。

一种泡沫镍自支撑的介孔铂钌薄膜氧还原电催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：