CN113843413B - 一种PtNi多面体纳米链及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种PtNi多面体纳米链及其制备方法和应用，所述PtNi多面体纳米链是由PtNi纳米线将多个PtNi多面体纳米颗粒串联而成的一维线性结构；PtNi多面体纳米颗粒的尺寸为7‑15纳米，PtNi纳米线的直径为0.5‑3纳米，长度为50‑300纳米。本发明的PtNi多面体纳米链应用于质子交换膜燃料电池的阴极反应，其性能优于商业Pt/C，具有更高的催化活性以及抗毒化能力，能够使催化剂在长时间内维持较高的电催化性能；与PtNi纳米颗粒相比，该纳米结构能够维持一维线性结构，具有良好的电催化稳定性；与一维PtNi纳米线相比，该纳米结构能够具有更高的表体比，在电催化反应中提供更多的活性位点。

Description

一种PtNi多面体纳米链及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及涉及电催化剂领域，特别是指一种PtNi多面体纳米链及其制备方法和应用。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)因其高效、环境友好等特点被认为是非常有前景的可持续能源转换器件。燃料电池的阴极反应—氧还原反应由于较阳极氧化反应进行更加缓慢，因而其决定了PEMFC的整体效率，是提高PEMFC反应效率的关键。商业用Pt/C电催化剂能够大大缓解氧还原反应的反应动力学迟缓、过电势过高等问题，是目前工业上使用的催化剂。但Pt储量有限、价格昂贵，为PEMFC的生产增加了很大成本。PtNi纳米材料被认为是非常有效的氧还原反应催化剂，除了能够降低生产成本以外，还能利用Ni和Pt的相互作用，降低Pt的能带结构，提高Pt的使用效率，但是已有的PtNi纳米颗粒存在电化学稳定性较差等问题。如何调控PtNi纳米催化剂的结构，进一步提高其在氧还原反应中的催化性能仍然是亟待解决的问题。
现有文献(链状Pt-Ni纳米颗粒的制备、表征及高效电催化性能，物理学报，第69卷第7期，2020年)制备的链状Pt-Ni纳米颗粒主要存在以下问题：链状Pt-Ni纳米颗粒分散性不好，多数团聚在一起，制备的产率较低，仅为30％左右，而且该链状Pt-Ni纳米颗粒在催化质子交换膜燃料电池阳极反应(甲醇氧化反应)时效果显著，但在催化阴极反应(氧还原反应)时催化性能较差。
发明内容
本发明提出一种PtNi多面体纳米链及其制备方法和应用，制备的PtNi多面体纳米链分散性好，产率高，作为质子交换膜燃料电池阴极反应中的电催化剂具有优异的氧还原催化活性，而且具有优异的电化学稳定性。
本发明的技术方案是这样实现的：一种PtNi多面体纳米链，所述PtNi多面体纳米链是由PtNi纳米线将多个PtNi多面体纳米颗粒串联而成。
进一步地，PtNi多面体纳米颗粒的尺寸为7-15纳米，PtNi纳米线的直径为0.5-3纳米，长度为50-300纳米。
进一步地，所述PtNi多面体纳米链为一维线性结构。
进一步地，所述PtNi多面体纳米链的表面均匀分布有Pt，且表面存在台阶缺陷。
一种PtNi多面体纳米链的制备方法，包括以下步骤：
(1)将20mg乙酰丙酮铂、6.4mg乙酰丙酮镍、32mg十六烷基三甲基氯化铵和90mg葡萄糖超声分散于22mL油胺中，得到溶液A，超声时间大于1.5h；
(2)将溶液A在密闭条件下加热反应后，自然冷却至室温，得到溶液B；
(3)将溶液B离心得到中间产物，中间产物经洗涤后，在真空环境下干燥，得到PtNi多面体纳米链。
进一步地，步骤(2)中，加热反应的温度为130-200℃，反应时间为5-25小时。
进一步地，步骤(3)中，中间产物洗涤的具体方法为：将中间产物经超声分散于乙醇中，然后离心沉淀，重复2-8次。
一种PtNi多面体纳米链，由所述方法制备。
一种PtNi多面体纳米链在在质子交换膜燃料电池阴极反应中的应用。
本发明的有益效果：
本发明的PtNi多面体纳米链由多个多面体纳米颗粒和极细的纳米线串联而成；PtNi多面体纳米链中的多面体纳米颗粒尺寸为7-15纳米，纳米线直径为0.5-3纳米，长度为50-300纳米；所述PtNi多面体纳米链表面存在大量台阶缺陷；所述纳米球链具有富Pt表面，在电催化反应中能够提供丰富的活性位点，具有非常良好的催化性能。
本发明的制备方法操作简单，可重复性良好，产量高，产量可达到40％左右，而且PtNi多面体纳米链分散性好，不易团聚；通过乙酰丙酮根、油胺和铂离子、镍离子的相互作用能够使样品按照特定取向生长，成为含有台阶的多面体结构，这些特定的指数面对质子交换膜燃料电池的阴极反应具有更高的催化能力，催化性能能够显著提高。
本发明的PtNi多面体纳米链在燃料电池中催化阴极反应—氧还原反应中的应用，其性能优于商业Pt/C，半波电位较商业Pt/C提高了近60mV，具有更高的催化活性以及抗毒化能力，能够使催化剂在长时间内维持较高的电催化性能；与PtNi纳米颗粒相比，该纳米结构能够维持一维线性结构，具有良好的电催化稳定性；与一维PtNi纳米线相比，该纳米结构能够具有更高的表体比，在电催化反应中提供更多的活性位点。同时，本发明中的PtNi多面体纳米链在催化其他电化学反应中也有良好的表现，比如催化甲醇氧化、乙醇氧化、乙二醇氧化、析氢反应、析氧反应、全水解反应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明PtNi多面体纳米链的制备流程示意图；
图2为PtNi多面体纳米链的形貌图；
图3为PtNi多面体纳米链的结构图；
图4为PtNi纳米线(PtNi NWs)、PtNi纳米颗粒(PtNi NPs)、PtNi多面体纳米链(PtNi PNCs)和商业用Pt/C催化氧还原反应的测试曲线；
图5为PtNi多面体纳米链在催化氧还原反应循环10000圈前后的线性扫描伏安曲线。
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付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。
实施例1
如图1所示，一种PtNi多面体纳米链的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别称取20mg乙酰丙酮铂、6.4mg乙酰丙酮镍、32mg十六烷基三甲基氯化铵和90mg葡萄糖置于烧杯中，然后向烧杯中加入22mL油胺，超声混合均匀，得到溶液A，超声时间大于1.5h；
(2)将溶液A转移至容量为25mL的反应釜内衬中，密封后升温至160℃并保持20小时，反应结束后，自然冷却至室温后取出反应釜，得到溶液B；
(3)将溶液B离心得到中间产物，中间产物经超声分散于乙醇中，然后离心沉淀，分散离心处理重复3次，在真空环境下干燥，得到PtNi多面体纳米链，将PtNi多面体纳米链放置在真空干燥箱中，室温下保存。
图2为本实施例所制备的PtNi多面体纳米链的形貌图(透射电子显微照片)。从图2(a)中可以看出，PtNi多面体纳米链由多个多面体纳米颗粒和极细的纳米线串联而成，纳米颗粒尺寸约为10纳米，纳米线直径约为2纳米，多面体纳米颗粒为八面体、十二面体、二十面体等等。从图2(b)和(c)中可以看出，PtNi多面体纳米链表面存在很多台阶缺陷(steps，虚线圆圈标注的位置)，图2(c)为图(b)中A的局部放大图。从图2(d-g)中可以看出，Pt分布比较均匀，Ni分布相对集中在中心处，因此可以推测PtNi多面体纳米链呈现出表面富Pt的结构。PtNi多面体纳米链兼具纳米链和纳米线的优势，一方面多面体纳米结构能够为电催化反应提供更多的位点，另一方面一维结构能够增强催化剂在催化反应过程中的稳定性。
图3为本实施例所制备的PtNi多面体纳米链的结构谱图(X射线衍射谱图)。与纯Pt相比，衍射峰向大角度方向有微小偏移，这是由于引入Ni导致Pt晶格间距有所减小。
对比例一
PtNi纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：20mg乙酰丙酮铂、6.4mg乙酰丙酮镍、32mg十六烷基三甲基氯化铵和90mg葡萄糖溶解在20ml N,N-二甲基甲酰胺中，超声均匀后转移至反应釜160℃反应20小时，自然冷却，离心、洗涤、干燥，得到PtNi纳米颗粒。
对比例二
PtNi纳米线的制备方法，包括以下步骤：51.79mg六水氯铂酸、0.5g氢氧化钾和35.65mg六水氯化镍溶解在9ml乙二醇和3ml N,N-二甲基甲酰胺中，50℃水浴搅拌12小时，然后转移至反应釜170℃反应5小时，低转速离心除去大尺寸沉淀并对悬浮液进行清洗，得到PtNi纳米线。
图4为本实施例所制备的PtNi多面体纳米链(PtNi PNCs)与对比例二的PtNi纳米线(PtNi NWs)、对比例一的PtNi纳米颗粒(PtNi NPs)以及商业用Pt/C电催化剂催化氧还原反应时的测试结果，商业用Pt/C购买自上海河森电气有限公司，型号：HPT040。测试环境均基于电化学工作站的三电极系统，图4(a)采用循环伏安扫描技术，在浓度为0.1M的HClO4的电解质溶液中进行测试。图4(b)采用线形扫描伏安技术，在O2饱和、浓度为0.1M的HClO4的电解质溶液进行测试，保持电极转速为1600转/分钟。从测试结果中可以看出，PtNi多面体纳米链，PtNi纳米线，PtNi纳米颗粒和商业Pt/C的半波电位分别为0.634V、0.584V、0.554V、0.575V(vs.Ag/AgCl)，PtNi多面体纳米链的半波电位对比PtNi纳米线，PtNi纳米颗粒均有显著提高，较商业Pt/C提高了近60mV，说明该方法制备的PtNi多面体纳米链具有优异的氧还原催化活性。
如图5显示为本实施例所制备的PtNi多面体纳米链在10000圈电化学循环前后的极化曲线，10000圈循环后，所制备的PtNi多面体纳米链的半波电位仅降低了20mV，说明利用该方法制备的PtNi多面体纳米链具有优异的电化学稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种PtNi多面体纳米链的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将20 mg乙酰丙酮铂、6.4 mg乙酰丙酮镍、32 mg十六烷基三甲基氯化铵和90 mg葡萄糖超声分散于22 mL油胺中，得到溶液A，超声时间大于1.5 h；
（2）将溶液A在密闭条件下加热反应后，自然冷却至室温，得到溶液B；
（3）将溶液B离心得到中间产物，中间产物经洗涤后，在真空环境下干燥，得到PtNi多面体纳米链；
步骤（2）中，加热反应的温度为130-200℃，反应时间为5-25小时；
所述PtNi多面体纳米链是由PtNi纳米线将多个PtNi多面体纳米颗粒串联而成；所述PtNi多面体纳米链的表面均匀分布有Pt，且表面存在台阶缺陷。
2.根据权利要求1所述的一种PtNi多面体纳米链的制备方法，其特征在于，PtNi多面体纳米颗粒的尺寸为7-15纳米，PtNi纳米线的直径为0.5-3纳米，长度为50-300纳米。
3.根据权利要求1或2所述的一种PtNi多面体纳米链的制备方法，其特征在于，所述PtNi多面体纳米链为一维线性结构。
4.根据权利要求1所述的一种PtNi多面体纳米链的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，中间产物洗涤的具体方法为：将中间产物经超声分散于乙醇中，然后离心沉淀，重复2-8次。
5.权利要求1-4之一所述的制备方法制备的PtNi多面体纳米链。
6.权利要求5所述的PtNi多面体纳米链在质子交换膜燃料电池阴极反应中的应用。
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CN115094474B (zh) * 2022-06-23 2023-04-28 中山大学 一种BiVO4/PtNi纳米线的合成方法及其电解海水产氢应用

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018179006A1 (en) * 2017-03-25 2018-10-04 Jawaharlal Nehru Centre For Advanced Scientific Research Palladium based selenides as highly stable and durable cathode materials in fuel cell for green energy production
CN107146895A (zh) * 2017-05-10 2017-09-08 上海亮仓能源科技有限公司 一种车载燃料电池用 Pt 基八面体型纳米晶体阴极催化剂及其制备方法
CN108607575B (zh) * 2018-04-10 2021-02-09 广东工业大学 一种多枝结构铂基双金属纳米催化剂及制备方法和应用
CN111224117A (zh) * 2018-11-23 2020-06-02 中国科学院大连化学物理研究所 一种纳米线结构Pt合金催化剂及其制备方法与应用
EP3667785A1 (en) * 2018-12-13 2020-06-17 Technische Universität Graz Functionalised electrocatalytically active nanocomposite material and manufacturing process of said material
CN111804268B (zh) * 2020-09-09 2021-01-26 苏州大学 一种用于精苯深度脱硫的串珠形Pd-Ni吸附剂

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