[发明专利]一种超细无定形铂钌纳米材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种超细无定形铂钌纳米材料的制备方法及其应用，包括如下步骤：(1)将乙酰丙酮铂、十六烷基三甲基氯化铵和油胺于室温充分混合均匀后，加入六羰基钼，于160‑200℃反应1‑4h；(2)保温条件下，在步骤(1)所得的物料中加入十二羰基三钌的油胺溶液，继续保温反应1‑4h，然后自然冷却至室温；(3)用乙醇和正己烷的混合液充分洗涤步骤(2)所得的物料，再经离心和重新分散于正己烷中，获得结晶态铂钌纳米线分散液；(4)将步骤(3)所得的铂钌纳米线分散液加入到活性炭分散液中，于15‑25℃下超声处理1‑3h，接着离心收集沉淀，依次进行真空干燥和空气中煅烧，即得所述超细无定形铂钌纳米材料。本发明所制备超细无定形铂钌纳米材料对氢氧化电催化反应有着优越的催化性能和优异的CO耐受性。

技术领域

本发明属于催化剂材料制备技术领域，具体涉及一种超细无定形铂钌纳米材料的制备方法及其应用。

背景技术

氢氧燃料电池具有能量转换效率高、环境友好、能量密度高等诸多优点，是一类发展前景良好的新型清洁能源，受到了广大研究者们的热切关注(I.Staffell,D.Scamman,etal.Energy Environ.Sci.2019,12,463.)。

随着近年来阴离子交换膜的迅猛发展(G.Das,J.H.Choi,et al.Polymers 2022,14,1197.)，碱性氢氧燃料电池开始引起人们的广泛研究。在碱性介质中，一些非贵金属催化剂已经能够达到与铂催化剂媲美的催化活性(M.Liu,X.Xiao,et al.J.ColloidInterface Sci.2022,607,791.)。然而，碱性介质中铂催化剂的阳极氢氧化反应动力学却比酸性介质中的低2-3个数量级(J.Zheng,W.Sheng,et al.Sci.Adv.2016,2,e1501602.)。而且，工业中制备的H₂中含有微量的CO会毒化催化剂的活性位点(X.Wang,Y.Li,et al.Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.2021,118,e2107332118.)，从而大大降低氢氧化的催化性能。这些因素都极大地限制了碱性氢氧燃料电池的发展与应用。因此，需要开发设计出高活性、高CO耐受性的电催化剂提高氢氧化反应的转化效率，以促进碱性氢氧化燃料电池的大规模应用。

有研究表明，在碱性介质中，单组分铂催化剂上的氢结合能(HBE)过强，不利于催化剂表面的吸附氢(*H)进一步发生氧化、脱附，即发生Volmer步：*H+OH^-/*OH→H₂O+e^-(M.Li,L.Li,et al.J.Phys.Chem.Lett.2022,13,10550.)。由双功能机理(J.Li,S.Ghoshal,et al.Angew.Chem.Int.Ed.2017,56,15594.)可知，铂在碱性条件下氢氧化的缓慢动力学一方面是因为电解质中高浓度的氢氧根会与*H产生竞争吸附，减少催化剂表面有限的活性位点，另一方面是因为铂对羟基的吸附(*OH)较弱，难以与相邻位点上的吸附氢发生氧化、脱附。基于此，Markovic等(D.Strmcnik,M.Uchimura,et al.Nat.Chem.2013,5,300.)报道了Pt_0.1Ru_0.9和Ni(OH)₂/Pt(111)双位点催化剂，分别调控*H与*OH，它们的催化活性均高于单组分铂催化剂。因此，在铂催化剂基础上引入第二种亲氧性元素(如Ru、Ni等)是提高氢氧化动力学的有效手段之一。