CN107275649B - 一种铂银合金空心纳米花的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铂银合金空心纳米花的制备方法，该方法以聚丙烯酸钠为稳定剂、抗坏血酸作为还原剂，先将硝酸银在室温下还原，合成银纳米花，然后利用伽伐尼还原法，引入氯亚铂酸钾作为铂源，直接可得到铂银合金空心纳米花。本发明制备方法简单、经济，所得铂银合金空心纳米花的形状规则、尺寸均一，在碱性甲酸燃料电池中有着超高的催化活性和稳定性，在燃料电池领域具有潜在的应用前景，适合工业化大规模生产。

Description

一种铂银合金空心纳米花的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铂银合金空心纳米花的制备方法，该纳米材料作为燃料电池催化剂在碱性条件下对甲酸钾、甲酸钠展现出超高的催化活性和稳定性。
背景技术
随着工业技术的迅速发展，燃料电池越来越受到人们的重视。尤其是直接甲酸燃料电池。甲酸燃料电池有着更高的电动势、合理的能量密度、更低的燃料交叉等突出的优势。由于酸性条件下，阴极的ORR动力学缓慢，因此，碱性条件下的燃料电池在近些年开始备受关注。碱性条件下的甲酸燃料电池存在着催化剂活性低、稳定性差等问题，严重制约其发展。因此，寻找一种高活性、高稳定性的催化剂是众多研究者的奋斗目标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种简单有效的制备分散均匀并且形貌、壁厚可控的铂银合金空心纳米花的方法。
解决上述技术问题所采用的技方案由下述步骤组成：
1、制备银纳米花
将硝酸银、聚丙烯酸钠、抗坏血酸按摩尔比为1:(6～25):(5～15)加入蒸馏水中，混合均匀，用氢氧化钠水溶液调节所得混合液的pH值至5～9，室温下搅拌反应1～2小时，得到银纳米花溶液。
2、制备铂银合金空心纳米花
向步骤1得到的银纳米花溶液中加入氯亚铂酸钾和聚丙烯酸钠，混合均匀，用硝酸水溶液调其pH值至2～4，室温下搅拌反应10～20分钟，离心、洗涤、干燥，得到铂银合金空心纳米花。
上述步骤1中，所述硝酸银、聚丙烯酸钠、抗坏血酸的摩尔比优选为1:10:10。
上述步骤1中，所述氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的浓度为0.3～1.0mol/L。
上述步骤2中，所述氯亚铂酸钾和聚丙烯酸钠的摩尔比优选为1:10～15，且所述氯亚铂酸钾的加入量是步骤1中硝酸银摩尔量的0.20～1.2倍。
上述步骤2中，所述硝酸水溶液中硝酸的浓度为0.05～0.2mol/L。
上述的聚丙烯酸钠的数均分子量为2100～5100。
本发明的有益效果如下：
1、本发明采用聚丙烯酸钠(PAAS)为稳定剂，在制备银纳米花的过程中，PAAS作为银离子的稳定剂，降低了银的还原速度，同时避免了产物的团聚，从而得到形貌均一可控的银纳米花。
2、本发明以银纳米花为模板，以氯亚铂酸钾作为铂源并充当刻蚀剂，通过伽伐尼还原法直接得到铂银合金空心纳米花。同时，通过控制氯亚铂酸钾的用量，可以有效控制空心纳米花的壁厚，得到不同壳层厚度的铂银合金空心纳米花。
3、本发明不需要较长的反应时间，操作简单，产品产量高，纯度高，且均一性好，适合大规模生产。
4、本发明制备的铂银合金空心纳米花与传统的铂黑催化剂相比，对甲酸钾有着超高的电催化活性，在甲酸燃料电池的应用中具有巨大的使用潜力。
附图说明
图1是实施例1制备的银纳米花的TEM图。
图2是实施例1制备的银纳米花的SEM图。
图3是实施例1制备的铂银合金空心纳米花的TEM图。
图4是实施例1制备的铂银合金空心纳米花的SEM图。
图5是实施例2制备的铂银合金空心纳米花的SEM图。
图6是实施例3制备的铂银合金空心纳米花的TEM图。
图7是实施例4制备的铂银合金空心纳米花的TEM图。
图8是Pt黑和实施例1制备的铂银合金空心纳米花分别电催化甲酸钾分解测试图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
1、制备银纳米花
将0.1mL 0.1mol/L的硝酸银水溶液、0.2mL 0.5mol/L数均分子量为5100的PAAS水溶液、0.2mL 0.5mol/L的抗坏血酸水溶液超声混合均匀，用0.5mol/L氢氧化钠水溶液调节所得混合液的pH值为8，室温下搅拌反应1.5小时，得到银纳米花溶液(见图1和图2)。
2、制备铂银合金空心纳米花
向步骤1得到的银纳米花溶液中加入0.1mL 0.024mol/L氯亚铂酸钾水溶液和0.05mL 0.5mol/L数均分子量为5100的PAAS水溶液，用0.1mol/L硝酸水溶液调节其pH值至3，室温下搅拌反应10分钟，离心、洗涤、干燥，得到铂银合金空心纳米花。
实施例2
在实施例1的步骤1中，0.2mL 0.5mol/L数均分子量为5100的聚丙烯酸钠水溶液用0.5mL 0.5mol/L数均分子量为2100的聚丙烯酸钠水溶液替换，其他步骤与实施例1相同，得到铂银合金空心纳米花(见图5)。
实施例3
在实施例1的步骤2中，0.1mL 0.024mol/L氯亚铂酸钾水溶液用0.5mL0.024mol/L氯亚铂酸钾水溶液替换，其他步骤与实施例1相同，得到铂银合金空心纳米花(见图6)。
实施例4
在实施例1中，0.2mL 0.5mol/L数均分子量为5100的PAAS水溶液用0.5mL0.5mol/L数均分子量为5100的聚丙烯酸钠水溶液替换，其他步骤与实施例1相同，得到铂银合金空心纳米花(见图7)。
发明人采用实施例1得到的铂银合金空心纳米花电催化甲酸氧化，具体方法为：将8mL 1mol/L的甲酸钾水溶液用1mol/L氢氧化钾水溶液调节pH值至14，然后加入2mg/mL铂银合金空心纳米花的水溶液，混合均匀，取所得混合液4μL滴加于铂碳电极上，待干燥后即可用于电化学测试，测试结果见图8。由图8可见，与商业化铂黑相比，本发明制备的铂银合金空心纳米花对甲酸钾具有超高的电催化活性。

Claims (5)

1.一种铂银合金空心纳米花的制备方法，其特征在于它由下述步骤组成：
（1）制备银纳米花
将硝酸银、聚丙烯酸钠、抗坏血酸按摩尔比为1:（6～25）:（5～15）加入蒸馏水中，混合均匀，用氢氧化钠水溶液调节所得混合液的pH值至5～9，室温下搅拌反应1～2小时，得到银纳米花溶液；
（2）制备铂银合金空心纳米花
向步骤（1）得到的银纳米花溶液中加入氯亚铂酸钾和聚丙烯酸钠，混合均匀，所述氯亚铂酸钾和聚丙烯酸钠的摩尔比为1:10～15，且所述氯亚铂酸钾的加入量是步骤（1）中硝酸银摩尔量的0.20～1.2倍，然后用硝酸水溶液调其pH值至2～4，室温下搅拌反应10～20分钟，离心、洗涤、干燥，得到铂银合金空心纳米花。
2.根据权利要求1所述的铂银合金空心纳米花的制备方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述硝酸银、聚丙烯酸钠、抗坏血酸的摩尔比为1:10:10。
3.根据权利要求1所述的铂银合金空心纳米花的制备方法，其特征在于：在步骤（1）中，所述氢氧化钠水溶液中氢氧化钠的浓度为0.3～1.0mol/L。
4.根据权利要求1所述的铂银合金空心纳米花的制备方法，其特征在于：在步骤（2）中，所述硝酸水溶液中硝酸的浓度为0.05～0.2mol/L。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的铂银合金空心纳米花的制备方法，其特征在于：所述的聚丙烯酸钠的数均分子量为2100～5100。
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