一种三元PtPdCu纳米晶体的合成方法及应用与流程

本发明涉及一种三元PtPdCu纳米晶体的合成方法及在醇类燃料电池的应用。

背景技术：

金属Pt，Pd，Cu在醇类氧化、固氮作用、生物质燃料和液态燃料电池等方面都有不可取代的作用。结构和性能的内在联系决定金属纳米晶体的大小和形貌控制十分重要。在水相中合成孔状三元PtPdCu纳米晶体的合成方法与形貌控制技术还没有案例。并且由于Cu的加入形成合金不但可以增强催化剂的催化性能，还可以大幅度降低催化剂的成本。因此可控合成三元PtPdCu纳米晶体具有重要意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：获得了一种孔状三元PtPdCu纳米晶体。该种晶体结构新颖，形貌统一，在醇类燃料电池中具有优异的催化性能。

本发明的技术方案是：一种三元PtPdCu纳米晶体的合成方法，包括如下步骤:（1）将CTAC和一水柠檬酸一起加入水中，室温下搅拌5～8分钟，CTAC与一水柠檬酸的质量比为1:2-2:1；所加水量需要将CTAC和还原剂完全溶解即可；（2）向步骤（1）所得混合溶液中加入金属铂盐、钯盐、铜盐前驱体溶液，金属盐前驱体的浓度为0.05～0.5mol/L；室温下搅拌3～5分钟；（3）向步骤（2）所得的混合溶液中加入抗环血酸，室温搅拌10~30分钟，抗环血酸与一水柠檬酸的质量比为1:5~1:8；(4)向步骤（3）所得混合溶液转移至高压反应釜中反应2～12小时，温度控制在150～200℃；(5)将步骤（4）所得产物冷却后进行洗涤，离心分离后即得三元PtPdCu纳米晶体。

所述的步骤(2)中所述的金属铂盐前驱体溶液为氯铂酸；金属钯盐前驱体溶液为氯钯酸钾；金属铜盐前驱体溶液为氯化铜。

所述的步骤(4)中所述在高压反应釜中反应温度控制在185-195℃，反应时间为4-5小时。

所述的三元PtPdCu纳米晶体结构为由亚5.0 nm的小颗粒组成，具有孔洞结构和表面富有缺陷活性位。

所述的三元PtPdCu纳米晶体在醇类燃料电池的应用。

所述的醇类燃料电池为甲醇、乙醇或乙二醇电池。

本发明的有益效果：由该方法可以控制合成三元PtPdCu纳米晶体的产物形貌。该种合金晶体结构新颖（由亚5.0 nm的小颗粒组成，具有孔洞结构），收率高，催化性能优异，具有取代目前商业Pt黑催化剂的可能。

附图说明

图1为三元PtPdCu纳米晶体用透射电子显微镜观察结果图；

图2为三元PtPdCu纳米晶体用高能量色散X射线光谱仪测试结果图；

图3为三元PtPdCu纳米合金与商业铂黑甲醇催化性能对比图；

图4为三元PtPdCu纳米合金与商业铂黑乙醇催化性能对比图；

图5为三元PtPdCu纳米合金与商业铂黑乙二醇催化性能对比图。

具体实施方式

实施例1：

一种三元PtPdCu纳米晶体的合成方法,其特征包括如下步骤:

（1）将CTAC和一水柠檬酸一起加入水中，室温下搅拌5分钟，CTAC与一水柠檬酸的质量比为1:2；所加水量需要将CTAC和还原剂完全溶解即可；

（2）向步骤（1）所得混合溶液中加入金属铂盐、钯盐、铜盐前驱体溶液，金属盐前驱体的浓度为0.2mol/L；室温下搅拌3～5分钟；

（3）向步骤（2）所得的混合溶液中加入抗环血酸，室温搅拌10~30分钟，抗环血酸与一水柠檬酸的质量比为1:6；

（4）向步骤（3）所得混合溶液转移至高压反应釜中反应4小时，温度控制在190℃；

（5）将步骤（4）所得产物冷却后进行洗涤，离心分离后即得一种三元PtPdCu纳米晶体。所得产物冷却、离心分离并用去乙醇进行三次洗涤后分散保存于乙醇溶液中。

实施例2：

一种三元PtPdCu纳米晶体的合成方法,其特征包括如下步骤:

（1）将CTAC和一水柠檬酸一起加入水中，室温下搅拌7分钟，CTAC与一水柠檬酸的质量比为2:1；所加水量需要将CTAC和还原剂完全溶解即可；

（2）向步骤（1）所得混合溶液中加入金属铂盐、钯盐、铜盐前驱体溶液，金属盐前驱体的浓度为0.5mol/L；室温下搅拌3～5分钟；

（3）向步骤（2）所得的混合溶液中加入抗环血酸，室温搅拌20~30分钟，抗环血酸与一水柠檬酸的质量比为1:5；

（4）向步骤（3）所得混合溶液转移至高压反应釜中反应5小时，温度控制在180℃；

（5）将步骤（4）所得产物冷却后进行洗涤，离心分离后即得一种三元PtPdCu纳米晶体。所得产物冷却、离心分离并用去乙醇进行三次洗涤后分散保存于乙醇溶液中。

实施例3：

一种三元PtPdCu纳米晶体的合成方法,其特征包括如下步骤:

（1）将CTAC和一水柠檬酸一起加入水中，室温下搅拌8分钟，CTAC与一水柠檬酸的质量比为1:2；所加水量需要将CTAC和还原剂完全溶解即可；

（2）向步骤（1）所得混合溶液中加入金属铂盐、钯盐、铜盐前驱体溶液，金属盐前驱体的浓度为0.1mol/L；室温下搅拌3～5分钟；

（3）向步骤（2）所得的混合溶液中加入抗环血酸，室温搅拌10~30分钟，抗环血酸与一水柠檬酸的质量比为1:8；

（4）向步骤（3）所得混合溶液转移至高压反应釜中反应8小时，温度控制在165℃；

（5）将步骤（4）所得产物冷却后进行洗涤，离心分离后即得一种三元PtPdCu纳米晶体。所得产物冷却、离心分离并用去乙醇进行三次洗涤后分散保存于乙醇溶液中。

实施例4：

一种三元PtPdCu纳米晶体的合成方法,其特征包括如下步骤:

（1）将CTAC和一水柠檬酸一起加入水中，室温下搅拌5分钟，CTAC与一水柠檬酸的质量比为1:1；所加水量需要将CTAC和还原剂完全溶解即可；

（2）向步骤（1）所得混合溶液中加入金属铂盐、钯盐、铜盐前驱体溶液，金属盐前驱体的浓度为0.4mol/L；室温下搅拌3～5分钟；

（3）向步骤（2）所得的混合溶液中加入抗环血酸，室温搅拌10~30分钟，抗环血酸与一水柠檬酸的质量比为1:6；

（4）向步骤（3）所得混合溶液转移至高压反应釜中反应7小时，温度控制在200℃；

（5）将步骤（4）所得产物冷却后进行洗涤，离心分离后即得一种三元PtPdCu纳米晶体。所得产物冷却、离心分离并用去乙醇进行三次洗涤后分散保存于乙醇溶液中。

由上述方法制得的三元PtPdCu纳米晶体，经过1000圈测试后，所合成的PtPdCu纳米合金的活性分别对甲醇、乙醇和乙二醇是商业Pt黑的2.4，1.8和3.0倍。

另外，本发明制得的三元PtPdCu纳米晶体表面富有缺陷位（从图1中得出），并且具有孔洞结构（见图1）。