一种担载载体的Pt-Cu Nanocube催化剂的制备方法

摘要

一种担载载体的Pt-Cu Nanocube催化剂的制备方法，属于燃料电池及催化剂合成技术领域；包括如下步骤，（1）先用较强还原剂，在表面活性剂的存在下，将Cu的前驱体还原，洗涤可得Cu Nanocube，再用适当溶剂将其重新分散；（2）取一定量的步骤（1）的Cu浆料，同Pt的前驱体混合，在表面活性剂的存在下，用弱还原剂还原；洗涤可得Pt-Cunanocubes，再用适当溶剂将其重新分散。发明制备方法的一个特别之处在于其分步还原，针对不同还原电位的金属前驱体，采用不同的催化剂，相对于同步还原，Pt-Cu双金属nanocube合成的效率和成功率均有大幅提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种Pt-Cu Nanocube催化剂的制备方法，属于燃料电池及催化剂合成技术领域。

背景技术

Pt催化剂用作燃料电池催化剂已得到广泛的研究应用。然而由于Pt催化剂成本的昂贵，以及其在燃料电池开启和闭合过程中易腐蚀的属性。越来越多的研究者将目标转为非Pt或Pt合金催化剂，此外催化剂的不同形貌对其催化性能的影响也有深入的研究。Pt-Cu nanocube作为一种特定形貌的Pt合金催化剂也得到一定的研究。

对于Pt-Cu Nanocube催化剂的合成，大多采用同步还原，鉴于大多数非Pt金属的前驱体比较难以还原（譬如Cu²⁺，Fe²⁺，Ni²⁺），而Pt的前驱体却比较容易还原，又因为形貌控制要求反应速度不能太快，因而需采用弱还原剂反应很长时间。显然，在同一条件下，Pt的前驱体和非Pt普通金属前驱体的还原程度、还原快慢、颗粒的聚集及尺寸的大小等必然有所不同，这制约着Pt-Cu双金属nanocube合成的效率和成功率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有同步还原方法的缺陷，提供了一种分步还原制备Pt-Cu双金属nanocube的高效率合成方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种担载载体的Pt-Cu Nanocube催化剂的制备方法，包括如下步骤，

（1）先用较强还原剂，在表面活性剂的存在下，将Cu的前驱体还原，洗涤可得Cu Nanocube，再用适当溶剂将其重新分散；

（2）取一定量的步骤（1）的Cu浆料，同Pt的前驱体混合，在表面活性剂的存在下，用弱还原剂还原；洗涤可得Pt-Cu nanocubes，再用适当溶剂将其重新分散。

进一步地，所述制备方法还包括如下步骤，

（3）用酸对载体做功能化处理，将处理后的载体同分散好的Pt-Cu nanocube浆料混合，洗涤、干燥，即得担载载体的Pt-Cu nanocube催化剂。

所述强还原剂选自N₂H₄·H₂O，NaBH₄之一；所述弱还原剂选自PVP,多烷基醇之一。

步骤（1）的表面活性剂选自PVP,TTAB,SLS,DBS之一；步骤（2）的表面活性剂选自含卤素离子Br^-，I^-的溶液、多烷基铵离子TTAB之一。

步骤（1）重新分散所用溶剂选自水、乙二醇之一；步骤（2）重新分散所用溶剂为酒精。

步骤（3）的所述载体选自XC-72,介孔TiO₂之一。

本发明制备方法的一个特别之处在于其分步还原，针对不同还原电位的金属前驱体，采用不同的催化剂，相对于同步还原，Pt-Cu双金属nanocube合成的效率和成功率均有大幅提高。

本发明创新的侧重点在于合成方法的改进。若同步还原Pt，Cu的前驱体，兼顾到两前驱体氧化能力的强弱，最终采用弱还原剂在较高温度（200oC以上），反应较长时间（5h以上）。而本发明则将反应进程一分为二，针对不同氧化能力的前驱体采用强弱不同的还原剂，有效地降低了反应时间（2h左右），反应温度也可控制在150oC左右。最关键之处在于由于分步还原，这样反应体系方便可调，既可采用有机相体系又可采用水溶液相体系（溶剂的改变）。由于前人的研究工作表明Pt-Cu nanocube 能够很好地提高燃料电池的电催化性能。因而，本发明能够更高效，更方便地合成出所需形貌的Pt-Cu nanocube，并能很好地提高燃料电池的电催化性能。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是采用本发明方法制备的未担载载体的Pt-Cu nanocube；

图2是采用本发明方法制备的另一未担载载体的Pt-Cu nanocube；

图3是本发明方法制备的Pt-Cu nanocube/XC-72的电镜照片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种担载载体的Pt-Cu Nanocube催化剂的制备方法，步骤为：

（1）将0.5mmol CuCl₂溶于70ml EG中，并加入5mmol SLS,搅拌并加热到120oC，同时通氩气保护，然后逐滴滴加7.5mmol N₂H₄·H₂O,，反应1h，待冷却后用酒精和去离子水洗涤并离心。按照配比用量将所得Cu nanocube超声分散到一定量的EG中，配成0.1mol/L的浆料。

（2）取0.3mmol H₂PtCl₆的EG溶液，加入到50ml EG中，加热到120 oC并通氩气保护，然后逐滴滴加3ml配制好的Cu nanocube浆料，搅拌均匀后，温度升到150 oC，其中EG既为溶剂又为还原剂，在此温度反应1h。反应结束后，酒精和去离子水洗涤，得到Pt-Cu双金属nanocubes。再用酒精将其分散好。

（3）将XC-72用硝酸进行5h的超声处理，在这些载体上引入含氧官能团。然后将处理后的载体同分散好的Pt-Cu nanocube浆料按照不同的催化剂配比用量（5%，10%，20%，30%）混合到一起，超声20h。之后，洗涤干燥，即得所需的担载载体的Pt-Cu nanocube催化剂。

所得担载载体的Pt-Cu nanocube催化剂的电镜照片如图1-3所示，由此可见，分步还原法可针对不同的前驱体采用不同的还原剂、活性剂以及反应所需的溶剂，可最大限度地提高反应合成效率，提高产品质量。

应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。