一种纳米级铂铑合金粉末及其制备方法与流程

本发明属于纳米金属材料制备技术领域，特别涉及一种纳米级铂铑合金粉末及其制备方法。

背景技术：

汽车尾气中的NO_x、HC、CO和颗粒物是引起灰霾、酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等环境污染的主要原因，汽车尾气已成为大中型城市的首要空气污染源。NO_x传感器是一种通过贵金属催化电极实现对柴油车尾气中NOx分子的精确选择性检测，进而实现对SCR系统的控制，将有毒NO_x气体变为无污染的N₂、CO₂的传感器。

催化电极是NO_x传感器可以精确测量NO_x浓度的关键电极，其性能的优劣决定着片式NO_x传感器的好坏。传统的物理球磨法制备的铂铑合金粉末粒径一般在1μm以上，该粉末制备的电极浆料不利于丝网(360目)印刷制备催化电极，粉末颗粒过大，造成网筛的堵塞；使用湿法冶金的方法，可制备纳米级的合金粉末，但制备的合金粉末极易团聚，同样造成浆料印刷问题，同时湿法冶金制备的铂铑合金粉末的粒径范围非常广(50nm-20μm)，造成浆料细度偏高，浆料印刷时易造成电极线的断路。

本发明制备的铂铑合金粉末为纳米级别，且粉末的粒度分布在50-100nm之间，在使用该粉末制备的电极浆料具有优良的印刷性能，印刷的电极线不会因为存在过大的铂铑合金颗粒而造成电极线的断路；水热过程中的预合金化，可提高铂铑合金粉的催化性能，使用上述的铂铑合金粉制备的铂铑电极具有优良的高温烧结性能，制备的铂铑电极具有优良的催化活性，该电极满足NO_x传感器对催化电极的要求。

铂铑合金粉末粒径为纳米级粉末，该粉末同时也可应用到微型铂铑热电偶的铂铑电极的制备。

技术实现要素：

本发明针对铂铑合金粉末制备技术的不足，提供了一种纳米级铂铑合金粉末及其制备方法，其特征在于，所述的铂铑合金粉末为球形颗粒，粒度分布为50～100nm，平均粒径为65nm，松装密度为1.2～1.6g/cm³，振实密度为1.8～2.0g/cm³。

一种纳米级铂铑合金粉末的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)铂铑混合溶液的配制：将氯铂酸与水合三氯化铑溶解于去离子水中，混合溶液中Pt⁴⁺与Rh³⁺的浓度之和为5-15g/L，Pt⁴⁺与Rh³⁺的质量比为2:3-3:2；

(2)铂铑混合溶液pH的调定：使用弱碱性物质调节步骤(1)中混合溶液的pH值为1-5；

(3)分散剂溶液的配制：使用去离子水将有机分散剂溶解，分散剂的质量分数为3％-10％；

(4)还原：取步骤(2)中的混合溶液，放入以聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，加入有机还原剂，然后加入步骤(3)中分散剂，将反应釜放入鼓风烘箱中发生还原反应；

(5)铂铑合金粉末的洗涤与烘干：反应结束后，将步骤(4)中得到的铂铑合金粉末用热水离心洗涤，至洗涤液pH＝7，然后再使用易挥发有机溶剂离心清洗铂铑合金粉末两次，将洗涤好的铂铑合金粉末入鼓风烘箱内，40-60℃烘干。

步骤(2)所述的弱碱性物质为氨水、二甲胺、乙二胺、氟化钠、氰化钠中的一种。

步骤(3)所述的有机分散剂为聚乙二醇、甘油、聚乙烯醇中的一种。

步骤(4)所述的有机还原剂为甲醛、乙二醛、水合肼、羟胺、N,N-二乙基羟胺中的一种；还原剂的加入量为：1g铂铑合金加入1-3ml的还原剂。

步骤(4)中分散剂溶液与铂铑混合溶液体积比为1:150-250。

步骤(4)中还原反应的温度为120℃-180℃，时间为48-72h。

步骤(5)所述热水的温度为90-100℃；所述易挥发有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷中的一种。

本发明的优点在于：

1)使用该方法制备的铂铑合金粉末为纳米级粉末，该粉末制备的电子浆料具有很好的印刷性能；

2)使用该方法制备的铂铑合金粉末粒径分布集中，分散剂的使用避免了纳米铂铑合金粉末之间团聚现象，粉末近似单分散形态，无过大或过小粉末颗粒；

3)水热法制备铂铑合金粉还原过程中的预合金化，大大提高了铂铑合金的催化活性。

4)该纳米级铂铑合金粉末用作制备片式NO_x传感器催化电极，使用该铂铑合金粉末配制成电极浆料，烧结在金属氧化物陶瓷表面，烧结温度为1300℃～1600℃，得到NO_x传感器催化电极，电极具有较高的催化选择性、催化活性、抗毒化能力和热稳定性。

附图说明

图1为纳米级铂铑合金粉末的显微形貌图。

具体实施方式

本发明提供了一种纳米级铂铑合金粉末及其制备方法及应用，下面结合附图和实施例对本发明作一步详细描述。

实施例1

一种铂铑合金粉(5g)，制备工艺如下：

(1)铂铑混合溶液的配制：使用去离子水溶解氯铂酸和水合三氯化铑固体，Pt⁴⁺与Rh³⁺的质量比为2:3，得到铂铑混合溶液1L，混合溶液中Pt⁴⁺与Rh³⁺浓度和为5g/L；

(2)铂铑混合溶液pH的调定：使用氨水调配(1)中混合溶液的pH值为3；

(3)分散剂的配制：使用去离子配制甘油分散剂的质量分数为4％；

(4)还原：取步骤(2)中的混合溶液，分别放入5个250ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，每个反应釜加入2ml的水合肼还原剂，每个反应釜加入步骤(3)中分散剂1ml，搅拌均匀，盖盖密封。将反应釜放入鼓风烘箱中，温度调为140℃反应60小时。

(5)铂铑合金粉末的洗涤与烘干：将步骤(4)中获得的铂铑合金粉末用95℃热水离心洗涤4次，洗涤液pH＝7，使用甲醇离心清洗铂铑合金粉末3次，将洗涤好的铂铑合金粉末入鼓风烘箱内，50℃烘干。

铂铑合金粉末的性能参数：

制备的铂铑合金粉末的扫描电镜照片如图1所示。

实施例2

一种铂铑合金粉(10g)，制备工艺如下：

(1)铂铑混合溶液的配制：使用去离子水溶解氯铂酸和水合三氯化铑固体，Pt⁴⁺与Rh³⁺的质量比为1:1，得到铂铑混合溶液1L，混合溶液中Pt⁴⁺与Rh³⁺浓度和为10g/L；

(2)铂铑混合溶液pH的调定：使用氟化钠调配(1)中混合溶液的pH值为4；

(3)分散剂的配制：使用去离子配制聚乙烯醇分散剂的质量分数为10％；

(4)还原：取步骤(2)中的混合溶液，放入5个250ml的聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，每个反应釜加入5ml的甲醛还原剂，每个反应釜加入步骤(3)中分散剂1ml，搅拌均匀，盖盖密封。将反应釜放入鼓风烘箱中，温度调为160℃反应72小时。

(5)铂铑合金粉末的洗涤与烘干：将步骤(4)中获得的铂铑合金粉末用90℃热水离心洗涤5次，至洗涤液pH＝7，使用乙醇离心清洗铂铑合金粉末2次，将洗涤好的铂铑合金粉末入鼓风烘箱内，55℃烘干。

铂铑合金粉末的性能参数：