本发明涉及纳米催化剂技术领域，具体涉及一种纳米铂镍合金及其制备与应用。
背景技术：
随着社会的快速发展，能源需求使人类急需解决的主要问题，燃料电池使一种清洁能源，也被认为使最有前景的能源，在甲醇的催化氧化反应中，金属铂因其原子间配位低和骑在纳米粒子表面的活性位点较低，有利于有机小分子的电氧化和水的分解，显示出较高的催化活性，开创了一个具有多相界面结构和表面可控的微纳米结构的合金粒子，然而，铂不仅价格昂贵而且稳定性差，阻碍了其在燃料电池上的广泛应用。因此，寻找一种新颖的可替代金属铂来提高其催化性能的物质就显得尤为重要。
合金材料可以印发一系列效应，例如表面元素的隔离、几何构型的改变以及铂电子结构的改变，从而提高了铂的电催化活性。在这些合金催化剂中，铂基过渡金属纳米材料引起了广泛的关注，这主要归因于它们优异的光学、电学、磁学和催化性能，与铂结合构成的双金属催化剂具有双金属协同效应，从而大大提高了金属铂的电催化性能，研究结果表明，电沉积制得的铂基双金属合金膜同电沉积得到的纯铂催化剂相比，双金属合金催化剂显著提高了甲醇氧化还原的效率。但是现有技术中，制备铂镍合金的方法极为苛刻，制备条件难以控制，制备产率低，重复性差，所得到的合金粒子的组分不均匀，粒子尺寸难以控制，因次寻找一种组分尺寸均匀的合金催化剂具有十分重要的意义。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种组分尺寸均匀的铂镍合金粒子，它具有催化效果好，性能稳定，制备方法简单的特点。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种纳米铂镍合金的制备方法，包括以下步骤：
(1)将表面活性剂溶于有机溶液中，得到溶液A；
(2)将1g氯铂酸溶于100mL水中，然后向其中加入2～5mL0.1mol/L氯化镍水溶液，然后再向混合体系中加入5～8g PVP，搅拌至完全溶解，得到溶液B；
(3)将溶液A加入溶液B中，再加入氯化钠，搅拌均匀后，加入碱性溶液，调节pH至9～12，然后将其置于冰水浴中；
(4)向步骤(3)的混合体系中滴加0.5mol/L NaHB溶液，并对体系进行缓慢搅拌，滴加结束后，将混合溶液升温至50～70℃，并保温24～72h，得到颗粒状产物；
(5)将颗粒状产物用饱和氯化钠清洗后，再用乙醇清洗，真空干燥后得到纳米铂镍合金。
优选的，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、异丙醇中的一种。
优选的，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化膦、四丁基溴化铵中的一种。
优选的，所述表面活性剂溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。
优选的，所述PVP的平均分子量为40000。
优选的，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或多种组合物。
一种纳米铂镍合金，其中铂和镍的摩尔比为4～10:1，其颗粒粒径为10～20nm。
本发明还提供一种纳米铂镍合金的应用，所述纳米铂镍合金可用于甲醇燃料电池的催化剂。
本发明的有益效果：本发明提供的铂镍合金，由于金属铂和金属镍间的协同作用，提高了金属的活性和电催化性能，减少了贵金属铂的使用量，提高了催化剂的利用率，降低了成本，而且合金具有均一的尺寸和组织结构，还具有较大的比表面积，对甲醇的催化氧化具有显著的效果，且铂镍合金的制备方法简单，温和可控，不需要过高的温度和苛刻的实验条件，实验稳定好、产率高。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种用于直接甲醇染料电池的纳米铂镍合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将1mmol十六烷基三甲基溴化铵溶于20mL乙二醇中，得到溶液A；
(2)将1g氯铂酸溶于100mL水中，得浓度为0.0193mol/L的氯铂酸水溶液，然后向其中加入2.5mL 0.1mol/L氯化镍水溶液，然后再向混合体系中加入6g PVP(Mw＝40000)，搅拌至完全溶解，得到溶液B；
(3)将溶液A加入溶液B中，再加入氯化钠，搅拌均匀后，加入碳酸钠和氢氧化钠的混合溶液，调节pH至10，然后将其置于冰水浴中；
(4)向步骤(3)的混合体系中滴加0.5mol/L NaHB溶液，并对体系进行缓慢搅拌，滴加结束后，将混合溶液升温至60℃，并保温60h，得到颗粒状产物；
(5)将颗粒状产物用饱和氯化钠清洗后，再用乙醇清洗，真空干燥后得到粒径为10nm的铂镍合金，其中铂和镍的摩尔比为5:1。
实施例2：
一种用于直接甲醇染料电池的纳米铂镍合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.05mmol十六烷基三甲基溴化铵溶于20mL乙醇中，得到溶液A；
(2)将1g氯铂酸溶于100mL水中，得浓度为0.0193mol/L的氯铂酸水溶液，然后向其中加入2mL 0.1mol/L氯化镍水溶液，然后再向混合体系中加入5g PVP(Mw＝40000)，搅拌至完全溶解，得到溶液B；
(3)将溶液A加入溶液B中，再加入氯化钠，搅拌均匀后，加入氢氧化钠溶液，调节pH至12，然后将其置于冰水浴中；
(4)向步骤(3)的混合体系中滴加0.5mol/L NaHB溶液，并对体系进行缓慢搅拌，滴加结束后，将混合溶液升温至70℃，并保温24h，得到颗粒状产物；
(5)将颗粒状产物用饱和氯化钠清洗后，再用乙醇清洗，真空干燥后得到粒径为15nm的铂镍合金，其中铂和镍的摩尔比为10:1。
实施例3：
一种用于直接甲醇染料电池的纳米铂镍合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.04mmol四丁基溴化膦溶于20mL乙二醇中，得到溶液A；
(2)将1g氯铂酸溶于100mL水中，得浓度为0.0193mol/L的氯铂酸水溶液，然后向其中加入5mL 0.1mol/L氯化镍水溶液，然后再向混合体系中加入6g PVP(Mw＝40000)，搅拌至完全溶解，得到溶液B；
(3)将溶液A加入溶液B中，再加入氯化钠，搅拌均匀后，加入氢氧化钠和碳酸氢钠的混合溶液，调节pH至10.8，然后将其置于冰水浴中；
(4)向步骤(3)的混合体系中滴加0.5mol/L NaHB溶液，并对体系进行缓慢搅拌，滴加结束后，将混合溶液升温至50℃，并保温72h，得到颗粒状产物；
(5)将颗粒状产物用饱和氯化钠清洗后，再用乙醇清洗，真空干燥后得到粒径为18nm的铂镍合金，其中铂和镍的摩尔比为4:1。
实施例4：
一种用于直接甲醇染料电池的纳米铂镍合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将0.2mmol四丁基溴化铵溶于20mL异丙醇中，得到溶液A；
(2)将1g氯铂酸溶于100mL水中，得浓度为0.0193mol/L的氯铂酸水溶液，然后向其中加入2.5mL 0.1mol/L氯化镍水溶液，然后再向混合体系中加入8g PVP(Mw＝40000)，搅拌至完全溶解，得到溶液B；
(3)将溶液A加入溶液B中，再加入氯化钠，搅拌均匀后，加入氢氧化钠溶液，调节pH至9，然后将其置于冰水浴中；
(4)向步骤(3)的混合体系中滴加0.5mol/L NaHB溶液，并对体系进行缓慢搅拌，滴加结束后，将混合溶液升温至50℃，并保温48h，得到颗粒状产物；
(5)将颗粒状产物用饱和氯化钠清洗后，再用乙醇清洗，真空干燥后得到粒径为20nm的铂镍合金，其中铂和镍的摩尔比为5:1。
综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明由于金属铂和金属镍间的协同作用，提高了金属的活性和电催化性能，减少了贵金属铂的使用量，降低了成本，而且铂镍合金具有均一的尺寸和组织结构，和较大的比表面积，进一步提高了甲醇催化氧化具有显著的效果，且铂镍合金的制备方法简单，温和可控，不需要过高的温度和苛刻的实验条件，实验稳定好、产率高。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。