CN112323086A - 镍-铂复合纳米催化剂、其制备方法和应用以及碳负载复合电催化剂 - Google Patents
镍-铂复合纳米催化剂、其制备方法和应用以及碳负载复合电催化剂 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112323086A CN112323086A CN202011165981.7A CN202011165981A CN112323086A CN 112323086 A CN112323086 A CN 112323086A CN 202011165981 A CN202011165981 A CN 202011165981A CN 112323086 A CN112323086 A CN 112323086A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nickel
- platinum
- catalyst
- precursor
- solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 85
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 66
- PCLURTMBFDTLSK-UHFFFAOYSA-N nickel platinum Chemical compound [Ni].[Pt] PCLURTMBFDTLSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 22
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 95
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims abstract description 28
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 24
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 23
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 150000001299 aldehydes Chemical class 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N Formaldehyde Chemical compound O=C WSFSSNUMVMOOMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims description 6
- QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N (z)-octadec-9-en-1-amine Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCCN QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N 0.000 claims description 5
- 239000008098 formaldehyde solution Substances 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- SHWZFQPXYGHRKT-FDGPNNRMSA-N (z)-4-hydroxypent-3-en-2-one;nickel Chemical compound [Ni].C\C(O)=C\C(C)=O.C\C(O)=C\C(C)=O SHWZFQPXYGHRKT-FDGPNNRMSA-N 0.000 claims description 4
- KLFRPGNCEJNEKU-FDGPNNRMSA-L (z)-4-oxopent-2-en-2-olate;platinum(2+) Chemical group [Pt+2].C\C([O-])=C\C(C)=O.C\C([O-])=C\C(C)=O KLFRPGNCEJNEKU-FDGPNNRMSA-L 0.000 claims description 4
- IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N Acetaldehyde Chemical compound CC=O IKHGUXGNUITLKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NBBJYMSMWIIQGU-UHFFFAOYSA-N Propionic aldehyde Chemical compound CCC=O NBBJYMSMWIIQGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 claims description 3
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 claims description 2
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 claims description 2
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 claims description 2
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 claims description 2
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 claims description 2
- MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N acetic acid;nickel Chemical compound [Ni].CC(O)=O.CC(O)=O MQRWBMAEBQOWAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 2
- ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N butyric aldehyde Natural products CCCC=O ZTQSAGDEMFDKMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940078494 nickel acetate Drugs 0.000 claims description 2
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims description 2
- 239000005720 sucrose Substances 0.000 claims description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 15
- 150000003057 platinum Chemical class 0.000 abstract description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000731 high angular annular dark-field scanning transmission electron microscopy Methods 0.000 description 2
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 239000011865 Pt-based catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 1
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了镍‑铂复合纳米催化剂、其制备方法和应用以及碳负载复合电催化剂，涉及电催化技术领域。镍‑铂复合纳米催化剂，镍‑铂复合纳米催化剂呈纳米片结构，纳米片中含有多个壳核结构，且每个壳核结构均包括铂基外壳和镍基内核。镍‑铂复合纳米催化剂及其制备方法通过以铂前驱体和镍前驱体进行还原反应，制备具有纳米片结构的复合纳米催化剂，并具有铂基外壳和镍基内核的壳核结构。该复合纳米催化剂具有比商业铂更优异的电催化析氢活性，降低了催化剂中铂的使用量，该镍‑铂复合纳米催化剂可以作为析氢电催化剂得到应用，也可以制备形成碳负载复合电催化剂。
Description
技术领域
本发明涉及电催化技术领域，且特别涉及镍-铂复合纳米催化剂、其制备方法和应用以及碳负载复合电催化剂。
背景技术
氢能是一种理想的清洁能源，具有能量密度高、储量丰富、易储存和清洁无污染等优点，在未来绿色能源开发中占据着极其重要的地位。电解水由于环境友好、产品纯度高以及无碳排放而成为最具应用前景的制氢方法之一。为实现高效电解水的目标，开发高效且低成本的电催化剂是关键。
铂(Pt)基纳米颗粒凭借其在催化活性和稳定性方面的优势受到科研人员的广泛关注，是公认的最优异的析氢催化剂，具有析氢速率快、塔菲尔斜率低和过电位接近于零等优点。但是，铂的价格昂贵以及储量匮乏，这一定程度上阻碍了Pt基催化剂的商业化应用。
目前，在保持甚至提高催化剂本征催化活性的前提下，降低催化剂中贵金属铂的使用量、提高铂原子的利用率已成为当前铂基催化剂研究的主流方向之一。鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍-铂复合纳米催化剂，提升铂催化剂的电催化析氢活性，降低催化剂的使用成本。
本发明的另一目的在于提供一种镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，其制备得到的复合催化剂具有比商业铂更优异的电催化析氢活性，降低了催化剂中铂的使用量。
本发明的第三目的在于提供上述镍-铂复合纳米催化剂在电解水中作为析氢电催化剂的应用。
本发明的第四目的在于提供利用上述镍-铂复合纳米催化剂制备得到的碳负载复合电催化剂。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出了一种镍-铂复合纳米催化剂，镍-铂复合纳米催化剂呈纳米片结构，纳米片中含有多个壳核结构，且每个壳核结构均包括铂基外壳和镍基内核。
本发明还提出一种镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，包括将铂前驱体和镍前驱体进行还原反应，制备镍-铂复合纳米催化剂。
本发明还提出上述镍-铂复合纳米催化剂作为析氢电催化剂的应用。
本发明还提出一种碳负载复合电催化剂，其包括碳基材和负载于所述碳基材上的镍-铂复合纳米催化剂，镍-铂复合纳米催化剂为上述镍-铂复合纳米催化剂或由上述制备方法制备而得。
本发明实施例提供一种镍-铂复合纳米催化剂及其制备方法的有益效果是：其通过以铂前驱体和镍前驱体进行还原反应，制备具有纳米片结构的复合纳米催化剂，并具有铂基外壳和镍基内核的壳核结构。该复合纳米催化剂具有比商业铂更优异的电催化析氢活性，降低了催化剂中铂的使用量，制备成本低，适合于工业化应用。该镍-铂复合纳米催化剂可以作为析氢电催化剂得到应用，也可以制备形成碳负载复合电催化剂。
需要说明的是，本发明实施例中制备得到的复合纳米催化剂具备非常好的电催化析氢活性，主要是由于其纳米片的结构以及壳核结构。催化剂的形貌和组成均对催化剂性能有较大的影响，发明人通过制备纳米片这一特定形貌的镍-铂复合纳米催化剂，并使铂分布于材料的表层或者近表层，成为反应提供活性的中心，在催化析氢反应中呈现出优异的活性。
此外，本发明实施例中所制备得到的纳米片具备很好的催化析氢活性，究其原因可能是由于镍-铂复合纳米催化剂的铂基外壳和镍基内核的分界面处起到了协同作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的镍-铂复合纳米催化剂、其制备方法的原理图；
图2为本发明实施例1制备的镍-铂复合纳米催化剂的TEM图；
图3为本发明实施例1制备的镍-铂复合纳米催化剂HAADF-STEM图；
图4为本发明实施例1制备的镍-铂复合纳米催化剂的EDS图；
图5为本发明实施例2制备的镍-铂复合纳米催化剂在1M KOH中极化曲线图；
图6为对比例1中得到产品的TEM图；
图7为对比例2中得到产品的TEM图；
图8为对比例3中得到产品的TEM图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的镍-铂复合纳米催化剂、其制备方法和应用以及碳负载复合电催化剂进行具体说明。
本发明实施例提供了一种镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，请参照图1，其包括还原反应和后处理，具体如下：
S1、还原反应
将铂前驱体、镍前驱体、还原剂、溶剂和醛溶液混合溶解，再进行还原反应。优选地，先将铂前驱体、镍前驱体、还原剂和溶剂混合溶解得到第一混合液，再将第一混合液与醛溶液混合得到第二混合液，以使原料混合得更加均匀，以得到分布均匀的纳米片结构。
发明人发现，醛溶液的加入对于材料的形貌影响十分显著，其在反应中可能起到了辅助还原的作用，能够形成纳米片结构的复合催化剂。
为了进一步提升材料的电催化活性，对原料进行了优化。镍前驱体选自氯化镍、醋酸镍和乙酰丙酮镍中的至少一种，铂前驱体为乙酰丙酮铂，还原剂选自葡萄糖、果糖和蔗糖中的至少一种，醛溶液选自甲醛溶液、乙醛溶液和丙醛溶液的至少一种，溶剂为胺和醇的混合溶液。通过优化镍前驱体、铂前驱体、还原剂、醛溶液的选择能够形成分布均匀的纳米片结构，若原料超出上述范围则可能导致纳米片的结构无法得到或者一定程度上降低材料的催化活性。
原料中各组分的用量也对材料的性能有一定影响，在优选的实施例中，在第一混合液中，镍前驱体的浓度为0.002-0.004mol/L，铂前驱体的浓度为0.002-0.004mol/L，还原剂的浓度为0.037-0.074mol/L，溶剂为油胺和乙二醇的混合溶液，且油胺和乙二醇的体积比为3.5-17:1，第一混合液和醛溶液的体积比为0.07-0.12:1。
需要说明的是，通过进一步调控溶剂的选择，以及镍前驱体、铂前驱体、还原剂、醛溶液的用量，进一步改善了复合催化剂的电催化析氢活性。
进一步地，还原反应的反应温度为160-180℃，反应时间为24-36h，通过控制还原反应的温度和时间使制备得到的纳米片中的壳核结构分布更加均匀，有利于进一步改善复合催化剂的电催化析氢活性。
S2、后处理
在还原反应之后，将反应液进行固液分离，并将得到的固体物料进行洗涤。固液分离可以采用离心分离等现有的分离方式，在此不做限定。
在优选的实施例中，洗涤过程采用的洗涤液为环己烷和乙醇形成的混合液，且环己烷和乙醇的体积比为0.4-4:1。利用环己烷和乙醇对纳米片表面进行清洗，以去除溶剂等残余杂质。
本发明实施例还提供了一种镍-铂复合纳米催化剂，镍-铂复合纳米催化剂呈纳米片结构，纳米片中含有多个壳核结构，且每个壳核结构均包括铂基外壳和镍基内核。具有比商业铂更优异的电催化析氢活性，降低了催化剂中铂的使用量，制备成本低，适合于工业化应用。
经检测，在纳米片中，镍和铂的原子百分比为20-30:1；优选为22-26:1，在此范围内材料的催化活性较好。
本发明实施例中提供的镍-铂复合纳米催化剂或上述制备方法制备得到的镍-铂复合纳米催化剂可以作为析氢电催化剂得到应用，如用于碱性溶液的电催化析氢反应。
本发明实施例还提供一种碳负载复合电催化剂，其包括碳基材和负载于所述碳基材上的镍-铂复合纳米催化剂，镍-铂复合纳米催化剂为上述镍-铂复合纳米催化剂或由上述制备方法制备而得；所述碳基材为导电活性炭。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，包括：称取一定量的乙酰丙酮铂、乙酰丙酮镍和葡萄糖分散于油胺和乙二醇体积比为8:1的混合溶液中得到第一混合液，配制成乙酰丙酮铂、乙酰丙酮镍和葡萄糖的浓度分别为0.003mol/L、0.003mol/L和0.056mol/L的混合溶液。将第一混合液与质量分数为37％的甲醛水溶液混合得到第二混合液，并控制甲醛水溶液和第一混合液的体积比为0.09:1。将上述第二混合液转移入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在170℃下反应36h。反应结束后冷却至室温，将样品离心分离，并用环己烷和乙醇(体积比2:1)的混合溶液洗涤三次。
实施例2
本实施例提供一种碳负载复合电催化剂的制备方法，包括：将实施例1中得到的纳米片分散于环己烷中，再加入0.008g导电活性碳，超声分散，离心烘干备用。
对比例1
本对比例提供一种镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，与实施例1不同之处在于：不加入甲醛水溶液进行反应。
对比例2
本对比例提供一种镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，与实施例1不同之处在于：不加入葡萄糖进行反应。
对比例3
本对比例提供一种镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，与实施例1不同之处在于：不加入乙二醇进行反应。
试验例1
测试实施例1中得到产品的TEM图，结果见图2。从图2可以看出复合催化剂呈现出镍-铂核壳结构，纳米片分散均匀，边长约为30-60nm。
测试实施例1中得到产品的HAADF-STEM图，结果见图3。从图中可以看出铂主要分布于镍纳米片的表面。
测试实施例1中得到产品的EDS图，结果见图4。从图中可以看出纳米片中镍和铂的比例约为24。
试验例2
测试实施例4中制备得到的碳负载复合电催化剂的电催化析氢性能，结果见图5。
测试方法：称取一定量的实施例4中制备的碳负载产物分散于异丙醇溶液中，加入少量Nafion溶液。滴加1.8μg铂的上述溶液至直径为5mm破碳电极表面，自然晾干，测试催化剂在1M KOH中的电催化析氢性能。
图5给出了合成的镍-铂核壳结构纳米片在1M KOH中的极化曲线图。从图中可以看出镍-铂核壳结构纳米片在1M KOH中电流密度为10mA/cm处的过电位低于商业铂的过电位，说明具有比商业铂更优的电催化析氢活性。
试验例3
测试对比例1中得到产品的TEM图，结果见图6。从图中可以看出不加入甲醛水溶液进行反应时得到的产品为粒径20nm-60nm的纳米花。
测试对比例2中得到产品的TEM图，结果见图7。从图中可以看出不加入葡萄糖进行反应时得到的产品为粒径5nm-60nm的纳米球。
测试对比例3中得到产品的TEM图，结果见图8。从图中可以看出不加入乙二醇进行反应时得到的产品为粒径30nm-50nm的纳米颗粒。
综上，本发明提供的镍-铂复合纳米催化剂及其制备方法，其通过以铂前驱体和镍前驱体进行还原反应，制备具有纳米片结构的复合纳米催化剂，并具有铂基外壳和镍基内核的壳核结构。该复合纳米催化剂具有比商业铂更优异的电催化析氢活性，降低了催化剂中铂的使用量，制备成本低，适合于工业化应用。该镍-铂复合纳米催化剂可以作为析氢电催化剂得到应用，也可以制备形成碳负载复合电催化剂。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种镍-铂复合纳米催化剂，其特征在于，所述镍-铂复合纳米催化剂呈纳米片结构，所述纳米片中含有多个壳核结构，且每个所述壳核结构均包括铂基外壳和镍基内核。
2.根据权利要求1所述的镍-铂复合纳米催化剂，其特征在于，在所述纳米片中，镍和铂的原子百分比为20-30:1；优选为22-26:1。
3.权利要求1或2中所述镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括将铂前驱体和镍前驱体进行还原反应，制备所述镍-铂复合纳米催化剂。
4.根据权利要求3所述的镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，其特征在于，包括将所述铂前驱体、所述镍前驱体、还原剂、溶剂和醛溶液混合溶解，再进行还原反应；
优选地，先将所述铂前驱体、所述镍前驱体、所述还原剂和所述溶剂混合溶解得到第一混合液，再将所述第一混合液与所述醛溶液混合得到第二混合液；
优选地，所述还原反应的反应温度为160-180℃，反应时间为24-36h。
5.根据权利要求4所述的镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述镍前驱体选自氯化镍、醋酸镍和乙酰丙酮镍中的至少一种；
优选地，所述铂前驱体为乙酰丙酮铂；
优选地，在所述第一混合液中，所述镍前驱体的浓度为0.002-0.004mol/L，所述铂前驱体的浓度为0.002-0.004mol/L。
6.根据权利要求4或5所述的镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述还原剂选自葡萄糖、果糖和蔗糖中的至少一种；
优选地，在所述第一混合液中，所述还原剂的浓度为0.037-0.074mol/L；
优选地，所述醛溶液选自甲醛溶液、乙醛溶液和丙醛溶液的至少一种；
优选地，所述第一混合液和所述醛溶液的体积比为0.07-0.12:1。
7.根据权利要求4所述的镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，其特征在于，所述溶剂为胺和醇的混合溶液；
优选地，所述溶剂为油胺和乙二醇的混合溶液，且所述油胺和所述乙二醇的体积比为3.5-17:1。
8.根据权利要求4所述的镍-铂复合纳米催化剂的制备方法，其特征在于，还包括在还原反应之后，将反应液进行固液分离，并将得到的固体物料进行洗涤；
优选地，洗涤过程采用的洗涤液为环己烷和乙醇形成的混合液，且所述环己烷和所述乙醇的体积比为0.4-4:1。
9.权利要求1-2中任一项所述镍-铂复合纳米催化剂或权利要求3-8中任一项所述制备方法制备得到的镍-铂复合纳米催化剂作为析氢电催化剂的应用；
优选地，所述镍-铂复合纳米催化剂用于碱性溶液的电催化析氢反应。
10.一种碳负载复合电催化剂，其特征在于，其包括碳基材和负载于所述碳基材上的镍-铂复合纳米催化剂，所述镍-铂复合纳米催化剂为权利要求1-2中任一项所述镍-铂复合纳米催化剂或由权利要求3-8中任一项所述制备方法制备而得；
优选地，所述碳基材为导电活性炭。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011165981.7A CN112323086B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 镍-铂复合纳米催化剂、其制备方法和应用以及碳负载复合电催化剂 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011165981.7A CN112323086B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 镍-铂复合纳米催化剂、其制备方法和应用以及碳负载复合电催化剂 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112323086A true CN112323086A (zh) | 2021-02-05 |
| CN112323086B CN112323086B (zh) | 2023-10-27 |
Family
ID=74296624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011165981.7A Active CN112323086B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 镍-铂复合纳米催化剂、其制备方法和应用以及碳负载复合电催化剂 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112323086B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114101664A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-03-01 | 西安交通大学 | 一种镍铂核壳纳米结构材料、合成方法和应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101227000A (zh) * | 2008-01-21 | 2008-07-23 | 重庆大学 | 核/壳结构气体多孔电极催化剂的制备方法 |
| CN102407329A (zh) * | 2011-11-18 | 2012-04-11 | 江苏大学 | 一种镍-银核壳结构纳米粒子的制备方法 |
| CN102500365A (zh) * | 2011-10-19 | 2012-06-20 | 华南理工大学 | 一种用于低温燃料电池的核壳结构催化剂的制备方法 |
| CN106694900A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-05-24 | 浙江大学 | 一种多金属核壳纳米片的制备方法 |
| CN108376786A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-08-07 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种铂基纳米片电催化剂的制备方法 |
| JP2019155233A (ja) * | 2018-03-08 | 2019-09-19 | 国立大学法人信州大学 | ニッケル白金コアシェルナノシート構造型触媒及びその製造方法 |
| CN111085219A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-01 | 大连理工大学 | 一种用于碱性氢析出反应碳担载的氧化镍修饰的铂铑纳米棒电催化剂及其制备方法与应用 |
-
2020
- 2020-10-27 CN CN202011165981.7A patent/CN112323086B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101227000A (zh) * | 2008-01-21 | 2008-07-23 | 重庆大学 | 核/壳结构气体多孔电极催化剂的制备方法 |
| CN102500365A (zh) * | 2011-10-19 | 2012-06-20 | 华南理工大学 | 一种用于低温燃料电池的核壳结构催化剂的制备方法 |
| CN102407329A (zh) * | 2011-11-18 | 2012-04-11 | 江苏大学 | 一种镍-银核壳结构纳米粒子的制备方法 |
| CN106694900A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-05-24 | 浙江大学 | 一种多金属核壳纳米片的制备方法 |
| JP2019155233A (ja) * | 2018-03-08 | 2019-09-19 | 国立大学法人信州大学 | ニッケル白金コアシェルナノシート構造型触媒及びその製造方法 |
| CN108376786A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-08-07 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种铂基纳米片电催化剂的制备方法 |
| CN111085219A (zh) * | 2019-12-27 | 2020-05-01 | 大连理工大学 | 一种用于碱性氢析出反应碳担载的氧化镍修饰的铂铑纳米棒电催化剂及其制备方法与应用 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114101664A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-03-01 | 西安交通大学 | 一种镍铂核壳纳米结构材料、合成方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112323086B (zh) | 2023-10-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11201335B2 (en) | Noble metal nanoparticles on a support | |
| CN111744519A (zh) | 一种三维MXene基载体的析氢催化剂的制备方法 | |
| JP5168452B2 (ja) | 燃料電池用電極触媒の製造方法 | |
| CN112186207B (zh) | 低铂/非铂复合催化剂及其制备方法 | |
| CA2805381A1 (en) | Hollow nanoparticles as active and durable catalysts and methods for manufacturing the same | |
| US20100048387A1 (en) | Electrocatalyst for fuel cell and method of preparing the same | |
| CN110112430A (zh) | 一种碳载铂合金粉末及其制备方法 | |
| KR20100099160A (ko) | 촉매 제조 방법 및 그 촉매의 용도 | |
| CN1832233A (zh) | 一种高活性PtNi基质子交换膜燃料电池阳极催化剂 | |
| CN113707897A (zh) | 一种燃料电池用抗反极催化剂及其制备方法 | |
| CN116154189A (zh) | 一种介孔铂@铂镍核-壳框架纳米线及其制备方法 | |
| CN113235108B (zh) | 一种MXene负载贵金属团簇催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112323086B (zh) | 镍-铂复合纳米催化剂、其制备方法和应用以及碳负载复合电催化剂 | |
| CN113258085A (zh) | 一种含氧硅纳米片负载型贵金属催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109301269B (zh) | 一种PtAgCo/C纳米花结构催化材料及其制备方法和作为燃料电池催化剂的应用 | |
| WO2021046998A1 (zh) | 钯炭催化剂及其制备方法、应用 | |
| CN107369839B (zh) | 氧化钌-硅藻土复合负载燃料电池催化剂的制备方法 | |
| CN114335577B (zh) | 一种改性催化剂、膜电极及其制备方法和燃料电池 | |
| RU2324538C1 (ru) | Катализатор с наноразмерными частицами на носителе и способ его изготовления | |
| US11596926B2 (en) | Method for preparing ternary alloy catalyst with polydopamine coating and ternary alloy catalyst prepared thereby | |
| CN113560594B (zh) | 一种一步合成金属间钯铜纳米晶的合成方法及其应用 | |
| US20230112440A1 (en) | Method for forming noble metal nanostructures on a support | |
| CN109280800B (zh) | 一种系列PdxSny合金纳米晶及制备方法及应用 | |
| CN113903934A (zh) | 一种多孔Pd-PdO纳米棒的制备方法及其应用 | |
| ZHAO et al. | Preparation of platinum-silver alloy nanoparticles and their catalytic performance in methanol electro-oxidation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |