[发明专利]一种利用化学还原法制备碳纳米管负载PtPd网状结构纳米线催化剂的方法

说明书

本发明涉及一种利用化学还原法制备碳纳米管负载PtPd网状结构纳米线催化剂的方法，属于催化剂制备技术领域。首先，将碳纳米管(MWCNTs)进行功能化处理；将聚乙二醇、氯钯酸溶液、氯铂酸钾溶液混合均匀，再加入KBr溶液作为结构导向剂，搅拌均匀，向该混合溶液中加入硼氢化钠溶液反应15～50min，得到具有网状结构的PtPd纳米线；碳纳米管负载PtPd网状结构纳米线催化剂的制备，将功能化处理好的MWCNTs和制得的PtPd网状结构纳米线混合，然后加入乙醇，在超声条件下超声10～30min，再经过连续搅拌、真空抽滤、去离子水清洗、真空干燥、自然冷却至室温后，得到碳纳米管负载的PtPd网状结构纳米线催化剂。该方法制备的双金属催化剂具有特殊的一维网状结构，从而提高了催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及一种利用化学还原法制备碳纳米管负载PtPd网状结构纳米线催化剂的方法，属于催化剂制备技术领域。

背景技术

燃料电池是一种直接将燃料的化学能转化为电能的能量转化装置，在使用过程中不受卡诺循环的限制，因而其能量转化效率高。低温燃料电池由于具有结构简单、工作温度较低、能量转化效率高、噪音低和近乎零污染等优点，受到人们极大的关注和较快发展。到目前为止，Pt仍然是催化活性最好的燃料电池阳极催化剂，然而Pt价格昂贵且在催化过程中易产生CO等中间体而造成催化剂中毒现象，大大降低了Pt基催化剂的催化活性以及稳定性。为了解决这些问题，研究者开始进行双金属或多金属掺杂催化剂的研究，目前已经研究了如PtRu、PtNi、PtSn等金属掺杂的纳米催化剂。因为Pt与其它金属复合形成双金属合金或核壳结构，不仅可以提高催化剂的催化活性同时也能提高催化剂的抗中毒能力；但是合成的金属纳米粒子的催化剂易于团聚、比表面积小，不能充分发挥金属的作用。相比较而言，具有纳米网状结构的金属纳米线催化剂由于比表面积大、不易团聚等优点，更能充分发挥其催化活性。然而，选择环境友好型技术合成网状铂钯纳米结构催化剂仍面临诸多挑战。

发明内容

本发明针对燃料电池已有催化剂易团聚、稳定性低等现有存在的问题及不足，本发明提供一种利用化学还原法制备碳纳米管负载PtPd网状结构纳米线催化剂（以下简称为“碳纳米管负载PtPd NWs催化剂”）的方法。使用化学还原法还原Pt和Pd的前驱体，用PEG作为保护剂，减少离心造成的团聚；且工艺简单，绿色环保，对设备要求低；该方法制备的双金属催化剂有大的表面积，提高了催化活性和稳定性；本发明通过以下技术方案实现。

一种利用化学还原法制备碳纳米管负载PtPd网状结构纳米线催化剂的方法，其具体步骤如下：

（1）首先将MWCNTs采用丙酮浸泡，抽滤并用去离子水洗涤；然后采用碱性溶液浸泡，超声、搅拌后用去离子水洗涤，最后加入到无机盐溶液中搅拌，用去离子水清洗后抽滤、干燥得到功能化处理的MWCNTs；

（2）PtPd网状结构纳米线合成：将聚乙二醇、氯钯酸溶液、氯铂酸钾溶液按照体积比为4:（1～4）:（0.25～1）混合均匀，再加入KBr溶液搅拌均匀得到混合溶液，向混合溶液中加入硼氢化钠溶液，反应15～50min后，得到含有PtPd网状结构纳米线的混合溶液；

（3）碳纳米管负载PtPd网状结构纳米线催化剂的制备：将步骤（1）功能化处理的MWCNTs和步骤（2）得到的PtPd网状结构纳米线混合，然后加入乙醇，在超声条件下超声5～30 min，再经过连续搅拌、真空抽滤、去离子水清洗、真空干燥、自然冷却至室温后得到碳纳米管负载PtPd网状结构纳米线催化剂。

所述步骤（2）中氯钯酸溶液的浓度为0.325mg/ml、氯铂酸钾溶液2.34mg/ml。

所述步骤（2）中KBr溶液浓度为0.1～3.0mol/L，加入量是聚乙二醇与KBr溶液体积比为4:（0.1～2）。

所述步骤（2）中硼氢化钠溶液浓度为0.1～4.0mol/L，加入量是聚乙二醇与硼氢化钠溶液体积比为4:（1～5）。