一种类核壳结构炭载PtSn4/Pt纳米颗粒催化剂及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种类核壳结构炭载PtSn

背景技术

传统能源的利用方式对环境造成极大破坏，此外在由化石能源转化为电能的过程中存在转换效率较低等问题，为了解决这一问题，燃料电池发电技术受到了广泛的研究。

目前研究最热门的为质子膜燃料电池，根据阳极燃料的不同分为氢氧燃料电池和醇类燃料电池。其中氢氧燃料电池是以氢气作为电池阳极燃料，而醇类燃料电池是用有机小分子醇类作为阳极燃料，可分为直接甲醇燃料电池和直接乙醇燃料电池。醇类燃料相比氢气来说原料来源广泛、能量密度高、易于储存。但是由于甲醇沸点低易挥发、对人体有害、易透过Nafion膜等缺点，限制直接甲醇燃料电池的商业化应用。而乙醇与甲醇结构相似，且无毒、可再生、使用安全，是可再生环保型能源。

目前，Pt基催化剂仍是最主要的直接乙醇燃料电池阳极催化剂。但是Pt作为贵金属元素且地壳含量低，此外乙醇在氧化为CO

为了解决这一问题，研究者们通常将Pt与其他金属合金化或者制备一种Pt基核壳结构，由于不同金属间的几何效应不仅可以提高乙醇电催化活性还能降低催化剂中Pt的含量。

如中国专利文献CN114784296A公开了一种PtRu掺杂稀土元素的三元合金纳米材料用于甲醇、乙醇氧化的催化剂的制备方法。

又如中国专利文献CN106299396B公开了一种PtSn-ZrO

而Sn作为一种乙醇氧化中的助催化剂，目前报道的大多是Pt与Sn合金化的材料作为催化剂的应用，Pt与Sn合金化催化材料比表面积小，催化性能低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种类核壳结构炭载PtSn

发明概述：

本发明以PtSn

本发明将金属间化合物与Pt壳结合的纳米材料可结合不同金属间的协同效应提升乙醇氧化催化性能，同时降低Pt的含量。

发明详述：

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种类核壳结构炭载PtSn

上述类核壳结构炭载PtSn

(1)PtSn

(2)PtSn

(3)取炭黑XC-72于正己烷溶液中超声分散均匀，得炭黑分散液，将PtSn

根据本发明优选的，步骤(1)中，乙酰丙酮铂(Pt(acac)

根据本发明优选的，步骤(1)中，乙酰丙酮铂(Pt(acac)

根据本发明优选的，步骤(1)中，六甲基二硅氮烷(HMDS)、油胺(OAm)与1-十八烯(ODE)的体积比为1：(3-8)：(3-8)。

根据本发明优选的，步骤(1)中，乙酰丙酮铂(Pt(acac)

根据本发明优选的，步骤(1)中，升温速率为5-15℃/min，

根据本发明优选的，步骤(2)中，Pt的前驱体溶液(Pt-OAm)中Pt的浓度为0.005-0.02mmol/ml。

根据本发明优选的，步骤(2)中，Pt的前驱体溶液滴加速率为0.1-0.3ml/min。

根据本发明优选的，步骤(2)中，OAm、ODE溶液体积比为1：(1-3)，PtSn

根据本发明优选的，步骤(2)中，在Ar气氛下升温反应为以8-12℃min

根据本发明优选的，步骤(3)中，炭黑分散液中炭黑的浓度为3-10mg/ml。

根据本发明优选的，步骤(3)中，PtSn

根据本发明优选的，步骤(3)中，炭黑分散液与PtSn

本发明还提供了上述类核壳结构炭载PtSn

具体应用方法如下：

在室温下，将2mg催化剂样品分散到300ul去离子水和300ul异丙醇的混合溶液中，加入100ul质量浓度为0.5‰Nafion溶液，超声30分钟混合均匀得到形催化剂浆液，然后将10ul浆液滴加到直径为5mm的玻碳电极表面，待浆液干后，作为工作电极。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的类核壳结构炭载PtSn

2、本发明的类核壳结构炭载PtSn

附图说明

图1为实施例2制备PtSn

图2为实施例2制备PtSn

图3为实施例2制备PtSn

图4为实施例4、对比例1以及商业Pt/C的电化学乙醇氧化循环伏安曲线图。

图5为实施例4和实施例5的电化学乙醇氧化循环伏安曲线图。

图6为实施例4、对比例1以及商业Pt/C的CO吸脱附曲线对比图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

下述实施例中，用到的主要实验试剂列举如下：

乙酰丙酮铂(Pt(acac)

商业Pt/C，市购产品。

实施例1 PtSn

称量20mg(0.05mmol)的乙酰丙酮铂，40mg氯化亚锡和50mg六羰基钨放入50mL三口烧瓶中，加入4.5mL的1-十八烯，4.5mL的油胺，并加入1ml六甲基二硅氮烷(HMDS)。放入磁子，打开磁力搅拌器，将反应体系在通入饱和氩气的条件下使反应物混合均匀，然后在磁子搅拌和氩气保护下，以10℃min

实施例2 PtSn

将乙酰丙酮铂溶解在油胺中配制成Pt的前驱体溶液，Pt的前驱体溶液(Pt-OAm)中Pt的浓度为0.01mmo/ml，取0.025mmol PtSn

实施例3 PtSn

同实施例2所述的纳米颗粒的制备，不同之处在于，Pt的前驱体溶液滴加量为5ml，其他按实施例2进行，得到PtSn

实施例4炭载PtSn

称取40mg炭黑(XC-72)置于10ml正己烷溶液中超声1小时使其分散均匀，然后将上述实施例2制备的PtSn

实施例5炭载PtSn

同实施例4所述的纳米颗粒的制备，不同之处在于，将实施例3制备的PtSn

对比例1炭载PtSn

称取40mg炭黑(XC-72)置于10ml正己烷溶液中超声1小时使其分散均匀，然后将上述实施例1制备的PtSn

试验例1

对实施例2得到的PtSn

X射线衍射(XRD)：图1为实施例2制备的PtSn

透射电子显微镜(TEM)：图2为实施例2制备的PtSn

能量色散X射线光谱-元素分布(EDS-Mapping)：图3为实施例2制备的PtSn

试验例2

对实施例4得到的炭载PtSn

将2mg炭载PtSn

活性测试：在含有0.5mol/L H

抗CO中毒性测试：首先在-0.2V vs.SCE恒电位下在CO饱和的0.5mol/L H

图4为实施例4、对比例1以及商业Pt/C的电催化乙醇氧化循环伏安曲线对比图。由图4可以看出，当电流密度达到0.1A mg

图5为实施例4和实施例5电催化乙醇氧化循环伏安曲线对比图。由图5可以看出，PtSn

图6为实施例4、对比例1以及商业Pt/C的抗CO中毒性能对比图。由图6可以看出，本发明的PtSn