CN113198489A - 一种铂系高熵合金催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，属于催化剂生产技术领域，包括如下步骤：称取一定量的过渡金属盐、氯化物、硫酸盐、表面活性剂、还原剂，用溶剂溶解，形成溶液A；称取一定量的Pt前驱体，用溶剂溶解，形成溶液B；采用超声辅助化学还原法，对溶液A进行超声还原；待溶液A的溶液颜色转化为黑色后，在溶液A中倒入溶液B，继续对混合溶液进行超声还原；洗涤并干燥；本发明通过超声辅助化学还原法合成，实现了高熵合金核纳米粒子与Pt壳层的一锅分步合成，具有活性衰减慢、操作过程简单、易大规模批量生产等优点。
Description
技术领域
本发明属于催化剂生产技术领域，尤其涉及一种铂系高熵合金催化剂的制备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFCs)由于其具有高能量密度，高效率和零排放的优点而被认为是最有前景的能源之一。阴极氧还原反应(ORR)反应动力学较慢，严重制约了燃料电池的性能输出，铂基材料是最有效的ORR电催化剂。然而，由于铂的稀缺性和高成本，限制了其在燃料电池中的大规模使用，且由于碳载体易氧化腐蚀，导致催化稳定性较差。开发一种催化活性高，性能稳定，成本较低廉的燃料电池电极用铂基催化剂符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景，对促进燃料电池电极用催化剂行业的发展具有非常重要的意义。
含有多种金属主元的高熵合金催化剂由于配位、几何效应等而具有优良的催化活性、高强度、耐腐蚀性好等诸多优点。
目前Pt基催化剂大多是采用碳材料为载体，以提高Pt纳米粒子的分散性，但是碳材料的抗腐蚀性较差，在电池运行过程中Pt纳米粒子逐渐聚积长大，导致催化剂活性降低，并且碳材料为载体的Pt基催化剂制作过程繁琐。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决采用碳材料为载体的Pt基催化剂，碳材料的抗腐蚀性较差，在电池运行过程中Pt纳米粒子逐渐聚积长大，导致催化剂活性降低、制作繁琐的问题，而提出的一种铂系高熵合金催化剂的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下方法：包括以下步骤：
1)称取一定量的过渡金属盐、氯化物、硫酸盐、表面活性剂、还原剂，用溶剂溶解，形成溶液A；
2)称取一定量的Pt前驱体，用溶剂溶解，形成溶液B；
3)采用超声辅助化学还原法，对溶液A进行超声还原；
4)待溶液A的溶液颜色转化为黑色后，在溶液A中倒入溶液B，继续对混合溶液进行超声还原；
5)洗涤并干燥。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤1)中所述过渡金属盐中过渡金属包含Co、Fe、Ni、Cu、Mn、Cr、Au、Pt、Pd、lr、Rh中的五种，且5种金属离子的摩尔比为1∶1∶1∶1∶1。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤1)中所述表面活性剂为CTAB、PVP、SDS、P123、F127中的一种或两种。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤1)中所述还原剂为乙二醇、三乙二醇、六羰基钼、乙二胺、抗坏血酸、硼氢化钠、三乙胺中的一种。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤1)中所述溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇、三乙二醇、异丙醇中的一种或两种。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤2)中所述Pt前驱体为氯铂酸、四氯化铂、乙酰丙酮铂中的一种。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述步骤3)或所述步骤4)使用的超声辅助化学还原法，其中超声功率为300-1500W；超声时间为5-60min；溶液温度为20-60℃。。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，通过超声辅助化学还原法合成，实现了高熵合金核纳米粒子与Pt壳层的一锅分步合成，具有活性衰减慢、操作过程简单、易大规模批量生产等优点。
附图说明
图1为一种铂系高熵合金催化剂的制备方法的框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
参见图1，图中示出了本发明实施例一提供的一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，其包括如下步骤：
S01、按照Fe∶Co、Ni、Cu、Pd＝1∶1∶1∶1∶1的摩尔比，分别称取过渡金属盐、(氯化铁、氯化钴、氯化镍、氯化铜、氯化钯)、CTAB、PVP，溶解于乙二醇溶剂中，溶液记为溶液A；
S02、称取氯铂酸溶解在乙二醇中，溶液记为溶液B，控制溶液浓度为5mM/L；
S03、将溶液A置于细胞粉碎机中，超声功率设定为750W，溶液A的温度控制在23℃，对溶液A进行超声还原；
S04、待溶液A的溶液颜色转化为黑色后，在溶液A中倒入溶液B，超声功率设定为750W，混合溶液的温度控制在23℃，对混合溶液进行30min的超声还原；
S05、用去离子水、无水乙醇对产物进行清洗，并使用烘箱对清洗后的产物烘干。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，通过超声辅助化学还原法合成，实现了高熵合金核纳米粒子与Pt壳层的一锅分步合成，具有活性衰减慢、操作过程简单、易大规模批量生产等优点。
实施例2：
参见图1，图中示出了本发明实施例二提供的一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，其包括如下步骤：
S01、按照lr∶Co、Ni、Mn、Cr＝1∶1∶1∶1∶1的摩尔比，分别称取过渡金属盐、(三氯化铱、氯化钴、氯化镍、氯化锰、氯化铬)、SDS、抗坏血酸，溶解于三乙二醇溶剂中，溶液记为溶液A；
S02、称取四氯化铂溶解在三乙二醇中，溶液记为溶液B，控制溶液浓度为5mM/L；
S03、将溶液A置于细胞粉碎机中，超声功率设定为1500W，溶液A的温度控制在60℃，对溶液A进行超声还原；
S04、待溶液A的溶液颜色转化为黑色后，在溶液A中倒入溶液B，超声功率设定为1500W，混合溶液的温度控制在60℃，对混合溶液进行60min的超声还原；
S05、用去离子水、无水乙醇对产物进行清洗，并使用烘箱对清洗后的产物烘干。
实施例3：
参见图1，图中示出了本发明实施例三提供的一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，其包括如下步骤：
S01、按照Rh∶lr、Au、Cu、Pd＝1∶1∶1∶1∶1的摩尔比，分别称取过渡金属盐、(氯化铑、三氯化铱、氯化金、三氯化金、氯化钯)、硫酸盐、P123、F127、三乙胺，溶解于甲醇、异丙醇溶剂中，其中溶剂甲醇∶异丙醇的体积比为2∶1，溶液记为溶液A；
S02、称取氯铂酸溶解在甲醇、异丙醇中，溶液记为溶液B，控制溶液浓度为5mM/L；
S03、将溶液A置于细胞粉碎机中，超声功率设定为300W，溶液A的温度控制在20℃，对溶液A进行超声还原；
S04、待溶液A的溶液颜色转化为黑色后，在溶液A中倒入溶液B，超声功率设定为300W，混合溶液的温度控制在20℃，对混合溶液进行5min的超声还原；
S05、用去离子水、无水乙醇对产物进行清洗，并使用烘箱对清洗后的产物烘干。
实施例4：
参见图1，图中示出了本发明实施例四提供的一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，其包括如下步骤：
S01、按照Rh∶lr、Au、Cu、Pd＝1∶1∶1∶1∶1的摩尔比，分别称取过渡金属盐、(氯化铑、三氯化铱、氯化金、氯化铜、氯化钯)、P123、硼氢化钠，溶解于水、乙醇溶剂中，溶液记为溶液A；
S02、称取氯铂酸溶解在水、乙醇中，溶液记为溶液B，控制溶液浓度为5mM/L；
S03、将溶液A置于细胞粉碎机中，超声功率设定为300W，溶液A的温度控制在20℃，对溶液A进行超声还原；
S04、待溶液A的溶液颜色转化为黑色后，在溶液A中倒入溶液B，超声功率设定为300W，混合溶液的温度控制在20℃，对混合溶液进行5min的超声还原；
S05、用去离子水、无水乙醇对产物进行清洗，并使用烘箱对清洗后的产物烘干。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)称取一定量的过渡金属盐、氯化物、硫酸盐、表面活性剂、还原剂，用溶剂溶解，形成溶液A；
2)称取一定量的Pt前驱体，用溶剂溶解，形成溶液B；
3)采用超声辅助化学还原法，对溶液A进行超声还原；
4)待溶液A的溶液颜色转化为黑色后，在溶液A中倒入溶液B，继续对混合溶液进行超声还原；
5)洗涤并干燥。
2.根据权利要求1所述的一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述过渡金属盐中过渡金属包含Co、Fe、Ni、Cu、Mn、Cr、Au、Pt、Pd、Ir、Rh中的五种，且5种金属离子的摩尔比为1∶1∶1∶1∶1。
3.根据权利要求1所述的一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述表面活性剂为CTAB、PVP、SDS、P123、F127中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述还原剂为乙二醇、三乙二醇、六羰基钼、乙二胺、抗坏血酸、硼氢化钠、三乙胺中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述溶剂为水、甲醇、乙醇、乙二醇、三乙二醇、异丙醇中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中所述Pt前驱体为氯铂酸、四氯化铂、乙酰丙酮铂中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种铂系高熵合金催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)或所述步骤4)使用的超声辅助化学还原法，其中超声功率为300-1500W；超声时间为5-60min；溶液温度为20-60℃。
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