一种低温燃料电池用核壳电催化剂的制备方法及应用_2

文档序号:9648007阅读:来源:国知局
[0028]图6 为实施例 1 制备的 Pd3Au@Pt/C、Pd3Au/C 与商业Pt/C催化剂(20wt%,JohnsonMatthey)的氧还原极化曲线曲线。
[0029]图7为实施例1制备的Pd3Au@Pt/C与商业Pt/C催化剂(20wt %,JohnsonMatthey)的氧还原反应的质量活性。
[0030]图8为实施例1制备的Pd3Au@Pt/C与商业Pt/C催化剂(20wt %,JohnsonMatthey)的甲酸氧化线性扫描伏安曲线。
[0031]图9为实施例2制备的Pd@Pt/C和Pd/C的氧还原极化曲线。
[0032]图10为实施例3制备的Au@Pt/C和Au/C的氧还原极化曲线。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明,以下实施例仅仅是为了更加清楚地阐述本发明,但本发明要求保护的范围并不局限于以下实施例表述的范围。
[0034]实施例1
[0035](1)用作核的Pd3Au/C的制备
[0036]将10mL的20mmol/L的K2PdClyK溶液和NaAuCl 4水溶液分别缓慢加入到10mL的40mmol/L和10mL的20mmol/L十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的氯仿溶液中,在25°C下150rpm搅拌lh,保证金属配合物全部转移到含有CTAB胶束的氯仿溶液中;然后转移7.5mLPd和2.5mL Au的氯仿相溶液至反应器中,加入60.22mg XVC-72R碳黑,超声5min使碳黑分散,再加入90mL的去离子水,置于25°C的水浴中恒温lOmin (保证反应温度为25°C ),在1600rpm的强烈搅拌下加入10mL的300mmol/L的NaBHjK溶液,共搅拌5min ;使用0.5L热的去离子水多次抽滤、洗涤;真空干燥6h以上得到载量为20被%的Pd3Au/C。
[0037]如图1,5.6±1.77nmPd3Au颗粒支撑在碳黑上,形貌单一,大小较均匀。
[0038]如图2,XRD谱图显示所得:除24.7°为碳载体相对应的衍射峰外,39.0° ,44.7°和66.3。分别对应于面心立方Pd3Au的(111)、(200)和(220)晶面的衍射峰,此外,相对于纯Pd或纯Au的衍射峰,Pd3Au的衍射峰发生了左移或右移,且并无纯Pd或纯Au的特征衍射峰出现,说明所制备的Pd3Au为合金。
[0039]如图3,热重分析确定所得产物中Pd3Au的载量为20.4wt%
[0040](2)采用区域选择性原子层沉积制备Pd3Au@Pt/C
[0041 ] 将Pd3Au/C置于ALD的反应腔中,以(Me) 3PtCpMe为铂金属有机化合物,氧气为前驱体2,氧气的分压0.4Torr,沉积温度150 °C,铀金属有机化合物加热温度65 °C,((Me)3PtCpMe的蒸汽压为800mTorr),气体传输温度约70°C,载气Ar流速2sccm,真空度
0.5Torr,一个 ALD 循环包括:30-120-46-75-120-46 (单位:s),沉积 15 个循环,获得 Pd3Au@Pt/Co
[0042]如图4,沉积Pt之后,Pd3Au的颗粒尺寸变为了 5.9 ±2.0nm,无聚集现象,沉积Pt量为3.8wt% (ICP测试)。
[0043]如图5,沉积Pt前后Pd3Au/C的XRD谱图显示所得:沉积Pt后,Pd3Au/C的XRD图无明显变化中且无Pt的特征衍射峰出现,表明形成了较薄的铂壳层。
[0044]如图6,Pd3Au/C、Pd3AuiPt/C 与商业 Pt/C 催化剂(20wt % , JohnsonMatthey, HiSPECTM 4000)的氧还原极化曲线。测试条件:采用三电极体系,25°C下,在氧气饱和的0.1M HC104中,以10mV/s的扫速,1600r/min的电极转速,10.2 μ gPt/cm2的电极载量进行氧还原极化曲线测试;沉积Pt壳后,Pd3Au/C的氧还原活性得到了大幅提高,并接近20wt%商业 Pt/C。
[0045]如图7,在0.9V极化电势下,实施例1所制备的Pd3Au@Pt/C的比质量活性(560mA/mgPt)是商业Pt/C(220mA/mgPt)的2.5倍,表明Pt的利用率得到了有效提高。
[0046]如图8,Pd3AuiPt/C 和商业 Pt/C 催化剂(20wt %,Johnson Matthey, HiSPECTM4000)的甲酸氧化线性扫描伏安曲线。测试条件:采用三电极体系,25°C下,在氮气饱和的含0.5M甲酸的0.5M H2S04中,以10mV/s的扫速,900r/min的电极转速,10.2 μ gPt/cm2的电极载量进行甲酸氧化线性扫描伏安曲线测试;Pd3Au@Pt/C的甲酸氧化活性:在0.5V,氧化电流密度为2.15mA.μ g、,在0.84V,氧化电流密度为2.51mA.μ g 高于商业Pt/C(JM)(0.135mA.μ g、,0.877mA.μ g、),再次表明Pt的利用率得到了有效提高。
[0047]实施例2
[0048](1)用作核的Pd/C的制备
[0049]将10mL的20mmol/L的K2PdCl4水溶液缓慢加入到10mL的40mmol/L CTAB的氯仿溶液中,在25°C下150rpm搅拌lh,保证金属配合物全部转移到含有CTAB胶束的氯仿溶液中;然后转移10mL Pd的氯仿相溶液至反应器中,加入74.49mg XVC-72R碳黑,超声5min使碳黑分散,再加入90mL的去离子水,置于25°C的水浴中恒温lOmin (保证反应温度为25°C ),在1600rpm的强烈搅拌下加入10mL的300mmol/L的NaBHjK溶液,共搅拌5min ;使用0.5L热的去离子水多次抽滤、洗涤;真空干燥6h以上得到理论载量为20被%的Pd/C。
[0050](2)采用区域选择性原子层沉积制备Pd@Pt/C
[0051]将Pd/C置于ALD的反应腔中,以(Me)3PtCpMe为铂金属有机化合物,氧气为前驱体2,氧气的分压0.4Torr,沉积温度150°C,铂金属有机化合物加热温度65°C ((Me) 3PtCpMe的蒸汽压为800mTorr),气体传输温度约70°C,载气Ar流速2sccm,真空度0.5Torr,一个ALD循环包括:20-120-46-50-120-46 (单位:s),沉积30个循环,获得Pd@Pt/C。
[0052]如图8,Pd/C和Pd@Pt/C的氧还原极化曲线。沉积Pt壳后,Pd/C氧还原活性得到了提尚。
[0053]实施例3
[0054](1)用作核的Au/C的制备
[0055]将10mL的20mmol/L的KAuC14水溶液缓慢加入到10mL的20mmol/L CTAB的氯仿溶液中,在25°C下150rpm搅拌lh,保证金属配合物全部转移到含有CTAB胶束的氯仿溶液中;然后转移10mL Au的氯仿相溶液至反应器中,加入157.57mg XVC-72R碳黑,超声5min使碳黑分散,再加入90mL的去离子水,置于25°C的水浴中恒温lOmin (保证反应温度为25°C ),在1600rpm的强烈搅拌下加入10mL的300mmol/L的NaBHjK溶液,共搅拌5min ;使用0.5L热的去离子水多次抽滤、洗涤;真空干燥6h以上得到理论载量为2(^丨%的Au/C。
[0056](2)采用区域选择性原子层沉积制备Au@Pt/C
[0057]将Au/C置于ALD的反应腔中,以(Me) 3PtCpMe为铂金属有机化合物,氧气为前驱体2,氧气的分压0.4Torr,沉积温度150°C,铂金属有机化合物加热温度65°C ((Me) 3PtCpMe的蒸汽压为800mTorr),气体传输温度约70°C,载气Ar流速2sccm,真空度0.5Torr,一个ALD循环包括:20-120-46-50-120-46 (单位:s),沉积30循环,获得Au@Pt/C。
[0058]如图8,Au/C和Au@Pt/C的氧还原极化曲线。沉积Pt壳后,Au/C氧还原活性得到了大幅提尚。
[0059]实施例4
[0060](1)用作核的Pt/EC-600的制备
[0061 ] 将10mL的20mmol/L的K2PtCl4水溶液缓慢加入到10mL的40mmol/L CTAB的氯仿
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