专利名称：一种担载载体的Pt-Cu Nanocube催化剂的制备方法
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-Cunanocube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Ν2Η4·Η20，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 Ib ο步骤(3)的所述载体选自)(C-72，介孔TiA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(200°C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( 左右)，反应温度也可控制在150°C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。
具体实施例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120° C，同时 通氩气保护，然后逐滴滴加7. 5mmol N2H4-H2O,，反应lh，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. lmol/L的浆 料。(2)取0.3mmol H2PtCl6的EG溶液，加入到50ml EG中，加热到120 °C并通氩气保 护，然后逐滴滴加3ml配制好的Cu nanocube浆料，搅拌均勻后，温度升到150 °C，其中EG 既为溶剂又为还原剂，在此温度反应lh。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)(C-72用硝酸进行证的超声处理，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。
权利要求
1.一种担载载体的Pt-Cu Nanocube催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤，(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。
2.根据权利要求1所述的担载载体的Pt-CuNanocube催化剂的制备方法，其特征在 于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，将处理后的载体同步骤(2)所得的分散好的Pt-Cu nanocube浆料混合，洗涤、干燥，即得担载载体的Pt-Cu nanocube催化剂。
3.根据权利要求1或2所述的担载载体的Pt-CuNanocube催化剂的制备方法，其特征 在于所述强还原剂选自Ν2Η4·Η20，NaBH4之一。
4.根据权利要求1或2所述的担载载体的Pt-CuNanocube催化剂的制备方法，其特征 在于所述弱还原剂选自PVP，多烷基醇之一。
5.根据权利要求1或2所述的担载载体的Pt-CuNanocube催化剂的制备方法，其特征 在于步骤(1)的表面活性剂选自PVP，TTAB, SLS, DBS之一。
6.根据权利要求1或2所述的担载载体的Pt-CuNanocube催化剂的制备方法，其特征 在于步骤(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。
7.根据权利要求1或2所述的担载载体的Pt-CuNanocube催化剂的制备方法，其特征 在于步骤(1)重新分散所用溶剂选自水、乙二醇之一。
8.根据权利要求1或2所述的担载载体的Pt-CuNanocube催化剂的制备方法，其特征 在于步骤(2)重新分散所用溶剂为酒精。
9.根据权利要求2所述的担载载体的Pt-CuNanocube催化剂的制备方法，其特征在 于所述载体选自)(C-72，介孔TW2之一。
全文摘要
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。
文档编号B01J37/16GK102139219SQ20111002958
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者李彤, 雷一杰, 顾军 申请人:南京大学