[发明专利]一种碳载多孔空心铂铱合金纳米粒子催化剂的制备方法

说明书

本发明属于无机化学技术领域，具体涉及一种碳载多孔空心铂铱合金纳米粒子催化剂的制备方法，包括Au@PtIr合金纳米粒子胶体溶液的制备、改性多壁碳纳米管制备、负载Au@PtPd合金纳米粒子、通氢热处理、去核等工序。本发明制备的催化剂结构特殊，增大了催化面积，增强了协同催化及晶格畸变效应，提高了催化性能。

技术领域

本发明属于无机化学技术领域，具体涉及一种碳载多孔空心铂铱合金纳米粒子催化剂的制备方法。

背景技术

氨代替氢气来研发燃料电池是当前科研的一个热点。据了解，2013年日本正式启动以氨(NH₃)为燃料的新型燃料电池的开发。这是日本文部科学省与日本科学技术振兴机构(JST)推进的“尖端低碳化技术开发(ALCA)特別重点技术领域能源载体”项目中的一项内容，由京都大学研究生院工学研究系教授江口浩一主导，目标是发电效率超过45％。实际上，氨燃料电池的发展最早可追溯到1966年。经过几十年的努力已经取得了一些长足的进步，甚至在美国俄亥俄州立大学和奥地利格拉茨大学都出现过氨燃料电池车。加利福尼亚州Zero Emission Pollution汽车公司开发了一种ZAP小型氨燃料电池车，提供的功率达到60kW，加8.7加仑氨燃料，可行驶200英里。不过，目前氨燃料电池发展面临的最主要问题之一便是催化剂成本高昂。

尽管在开发非贵金属催化剂方面已经获得了一些长足的进步，但是非贵金属纳米结构催化剂遇到的最大挑战是迄今为止，其对氨催化性能始终不如Pt催化剂。另外一个问题是，非贵金属催化剂在大气环境中一般不够稳定，且氨氧化分解是一个放热过程，会造成温度的升高，致使非贵金属催化剂极其容易被氧化，从而失去活性，这也阻碍了其在质子交换膜燃料电池中的应用，但贵金属催化剂就不存在这样的问题。为了进一步降低氨氧化反应温度，这就需要开发出性能更为良好稳定的催化剂，铂族贵金属催化剂展示出了一定的前景。其中，具有更高催化活性和更优越稳定性的Pt催化剂仍然被认为是性能最为优越的氨氧化电化学催化剂。可惜的是，铂资源极其稀缺，而市场需求量极大，价格高昂；加上，其容易被N_ads毒化，使用寿命较短，因此严重阻碍了其电催化氧化氨的使用和燃料电池商业化。

近年来，随着纳米技术的不断更新迭代和迅猛发展，人们为了进一步降低铂用量，并保证其催化活性和抗中毒能力，充分利用铂资源，降低其商业化成本，一些列多孔、空心、框架结构的Pt基合金催化剂被研发了出来。有报道，Pt₇Ir₃催化剂对NH₃氧化具有良好的催化活性，XRD表征结果则表明Pt₇Ir₃催化剂为合金催化剂，其催化活性较高的原因可归因于Pt和Ir形成合金，改变了其电子效应，电荷转换弱化了N_ads的吸附力，增强了催化剂抗中毒能力。可需要指出的是，虽然安全可靠方便使用的氨资源丰富，高效稳定性良好的PtIr/C氨燃料电池催化制备技术可行，且多孔空心结构低铂纳米催化剂的制备也已实现，在理论上，在氨电催化氧化方面具有明显的优势的多孔空心铂铱合金纳米催化剂，但是，据我们所知，尚未有一种多孔空心铂铱合金纳米催化剂制备方法。而拥有更大大的比表面积和更高的催化活性的多孔空心铂铱合金纳米催化剂在减少Pt用量，促进氨燃料电池商业化具有重大的想象空间。

所以开发一种的多孔空心铂铱合金纳米催化剂具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳载多孔空心铂铱合金纳米粒子催化剂的制备方法，操作流程简单易行，有望应用于工业化生产。

通过以下技术方案实现上述目的的，一种碳载多孔空心铂铱合金纳米粒子催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)Au@PtIr合金纳米粒子胶体溶液的制备

a)将1体积份2.0×10^-4mol/L的HAuCl₄水溶液、0.5～10体积份0.05mol/L的聚乙二醇水溶液、0.5～30体积份0.5mol/L的丙酮水溶液混合，倒入石英瓶中得混合液；