CN117983822A - PtNi合金催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合金催化剂领域，公开了一种PtNi合金催化剂及其制备方法和应用，该制备方法包括：(1)提供含有Pt源、Ni源、碳源、还原剂和溶剂的分散液；其中，所述溶剂包括N,N‑二甲基甲酰胺；(2)在惰性气氛存在下，将所述分散液加热至沸腾，并在沸腾温度下反应，反应时间不超过30min。通过DMF与还原剂的协同作用，通过反应时间控制PtNi合金不同晶面的堆积速度，在快速反应的条件下，能够得到具有八面体结构的PtNi合金纳米颗粒，同时使得至少部分的合金颗粒表面含有晶格缺陷，该制备方法得到的特殊晶体结构和缺陷分布，有利于提高PtNi/C催化剂的ORR活性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及合金催化剂领域，具体涉及一种PtNi合金催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
燃料电池是一种在等温条件下，不经过燃烧直接以电化学反应方式将燃料和氧气中的化学能转化为电能的发电装置，具有高效、无污染、无噪声、可靠性高、模块化、对负载变化快速响应等显著优点，被誉为21世纪的主要能源之一，是继火电、水电、核电之后的第四代发电方式。只要能保证燃料和氧化剂的供给，燃料电池就可以连续不断地发电。氢是燃料电池的最佳燃料，而燃料电池也正是氢能转换为电能的最佳转换装置，其理论转化效率为83％(25℃)，目前实际工作转换效率在45％-60％，比内燃机效率(20％-40％)高。
然而由于该电池操作温度低，所以需要催化剂来催化其阳、阴极反应，且目前最好的催化剂仍是Pt或者Pt基催化剂。阳极的氢氧化反应(HOR)在铂表面具有极快的反应动力学，当Pt载量降至0.05mgPt/cm2时电池性能并不会明显下降。与阳极HOR相比，阴极的氧还原反应(ORR)即使发生在最佳催化剂Pt上且工作温度保持在100℃以上也是高度不可逆反应。Gasteiger等通过研究发现，采用现有最高水准的铂碳Pt/C作为催化剂置于结构优化后的电极，空气极Pt需求载量接近0.4mgPt/cm2。如果进一步降低阴极Pt载量也即Pt/C用量，这会在低电流密度区出现因ORR动力学损失而导致电池电压下降的现象，因此阴极需要较高的Pt载量以维持电池的性能。然而，如果要推动燃料电池汽车的产业化，阴极的Pt载量必须大幅降低。
质子交换膜燃料电池(PEMFC)中电催化剂为贵金属铂，但由于铂的价格昂贵、资源匮乏、易被毒化等缺点，严重阻碍了燃料电池的商业化进程。一个可能的解决方案是研发可降低Pt载量的电催化剂，从而降低燃料电池成本。
为降低Pt的用量，提高催化剂的活性与稳定性，学者们通过Pt与一些3d过渡金属(如Fe、Co、Cu及Ni等)实现合金化，制备Pt-M合金来提高铂的利用率和降低催化剂的成本。合金具有两方面的作用，一方面额外加入的金属与Pt具有不同的电负性，因此Pt与额外金属之间有部分的电子转移，可以起到调控Pt电子结构的作用。另一方面，额外的加入金属与Pt具有不同的原子半径，因此与单纯的Pt金属相比，Pt合金具有存在应力，也可以调控Pt的催化活性。因此，Pt合金展现出比Pt更高的ORR催化活性。
CN106180751A公开了一种铂镍合金催化剂的制备工艺及方法，其过程是首先将氯铂酸和氯化镍按比例混合，再加入PVP，然后调节溶液pH后，加入还原剂，通过严格控制反应温度和反应时间，得到形态组织和尺寸均匀的合金催化剂，通过金属铂和金属镍间的协同作用，提高了金属的活性和电催化性能，减少了贵金属铂的使用量，降低了成本。但此工艺的缺点是在过程中使用PVP，使得铂镍合金颗粒的粒径在10-20nm之间，颗粒太大，这样会降低材料的催化剂活性。
CN110919023A公开了一种铂镍合金制备的工艺及方法，其过程是以锌离子诱导作用制备多枝状铂基纳米材料，锌离子在铂基纳米晶生长阶段能诱导其向多枝结构发展，因此合成步骤是在锌前驱体盐存在的条件下，通过溶剂热法一步制备具有多枝状结构的铂镍、铂钴、铂铁合金纳米催化剂。相较于非枝晶和八足状结构，此方法合成的多枝纳米粒子能够更大程度地暴露活性位点，能够有效提升其电催化活性，但缺点是此工艺合成的铂基材料电化学稳定性较差。
CN110729495A公开了一种具有特殊结构的铂镍合金材料，该制备方法采用硝酸氧化的三聚氰胺高温烧结制备多孔棒状石墨氮化碳，后采用液相还原法分步还原Ni前驱体、Pt前驱体形成Ni@Pt核-壳型双金属纳米催化剂，并分散附着于多孔棒状石墨氮化碳表面，同时通过调控pH控制催化剂纳米颗粒大小，最后，引入纳米碳球，得到的CNSs-Ni@Pt/PM-g-C3N4电催化剂。该电催化剂对氧还原反应表现出优异的电化学稳定性和优良的催化性能，但缺点是制备过程较为繁杂，难于实现放大。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的电催化剂的活性不足，稳定性差，制备工艺复杂的问题，提供一种PtNi合金催化剂及其制备方法和应用，该制备方法步骤简洁，环境友好，合成的PtNi/C催化剂具有很高的ORR活性和良好的稳定性。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种PtNi合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供含有Pt源、Ni源、碳源、还原剂和溶剂的分散液；
其中，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺；
(2)在惰性气氛存在下，将所述分散液加热至沸腾，并在沸腾温度下反应，反应时间不超过30min。
现有技术中，对于PtNi合金催化剂结构的关注点集中于获得更好的结晶性，为了获得较好的晶面取向，一般的PtNi合金催化剂合成过程中反应时间较长，一般为4-16h，尚未有关于PtNi合金催化剂中PtNi合金缺陷结构的报道和研究。但是本发明的发明人在研究中发现，通过DMF与还原剂的协同作用，通过反应时间控制PtNi合金不同晶面的堆积速度，在快速反应的条件下，能够得到具有八面体结构的PtNi合金纳米颗粒，同时使得至少部分的合金颗粒表面含有晶格缺陷。本发明的发明人创造性地发现，该制备方法得到的特殊晶体结构和缺陷分布，有利于提高PtNi/C催化剂的ORR活性和稳定性。
本发明第二方面提供上述的制备方法制得的PtNi合金催化剂，该催化剂中，至少部分合金颗粒表面含有晶格缺陷。
本发明第三方面提供上述PtNi合金催化剂在质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池领域或电解水反应中的应用。
本发明提供的制备方法，通过一步法合成PtNi合金，工艺步骤简洁，环境友好，制得的催化剂中至少部分合金颗粒表面含有晶格缺陷，具有很高的ORR活性和良好的稳定性。
附图说明
图1是实施例1中中制得的PtNi合金催化剂A1的XRD图谱；
图2是实施例1中制得的PtNi合金催化剂A1的在放大倍数为40000倍下的透射电镜图；
图3是实施例1中制得的PtNi合金催化剂A1的在放大倍数为200000倍下的透射电镜图；
图4是实施例1中制得的PtNi合金催化剂A1的电化学测试曲线；
图5是对比例1中制得的催化剂DA1在放大倍数为200000倍下的透射电镜图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明第一方面提供一种PtNi合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)提供含有Pt源、Ni源、碳源、还原剂和溶剂的分散液；
其中，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺；
(2)在惰性气氛存在下，将所述分散液加热至沸腾，并在沸腾温度下反应，反应时间不超过30min。
现有技术中，为了获得较好的晶面取向，一般的PtNi合金催化剂合成过程中反应时间较长，一般为4-16h，但是本发明的发明人在研究中发现，通过DMF与还原剂的协同作用，通过反应时间控制PtNi合金不同晶面的堆积速度，在快速反应的条件下，能够得到具有八面体结构的PtNi合金纳米颗粒，同时使得至少部分的合金颗粒表面含有晶格缺陷。
在本发明中，术语“晶格缺陷”指的是是物质的微观原子排列受到晶体形成条件、原子的热运动，杂质填充及其它条件的影响，导致结构偏离了理想晶体结构的区域，通过透射电镜可以看到晶面有明显的凹坑，即表明该晶面具有晶格缺陷，包括晶粒内的空位、旋错、位错、孪晶、层错等。现有技术中对于PtNi合金催化剂结构的关注点集中于获得更好的结晶性，为了获得较好的晶面取向，尚未有关于PtNi合金催化剂中PtNi合金缺陷结构的报道和研究。本发明的发明人创造性地发现，该制备方法得到的特殊晶体结构和晶格缺陷分布，有利于提高PtNi/C催化剂的ORR活性和稳定性。
在本发明中，对于所述Pt源、Ni源和碳源的用量的选择范围较宽，以元素计，Pt源、Ni源的质量比为3.3-13.5：1，优选为5.5-10.5：1。在上述优选的范围内，有利于铂镍合金相的快速形成。
优选地，碳源与以元素计的Pt源、Ni源的总量的质量比为1-15：1，优选为2-6：1。
在本发明中，对于所述分散液中各组分的混合顺序没有特殊的限定，可以将Pt源、Ni源、碳源、还原剂一起加入溶剂中，也可以分步加入。
优选地，步骤(1)包括：
(1-1)提供含有碳源和至少部分溶剂的第一分散液；
(1-2)向上述第一分散液中加入Pt源、Ni源和还原剂，得到所述分散液；
步骤(1-1)和步骤(1-2)各自独立地在搅拌或超声条件下进行。
采用上述优选的实施方式，有利于催化剂合成过程中碳源的充分分散及Pt、Ni络合物的形成。
在本发明中，对于步骤(1-1)和/或步骤(1-2)中的搅拌或超声条件没有特殊的限定，只要将各组分分散均匀即可。
根据本发明，优选地，所述还原剂的用量与所述Pt源的质量比为3.5-15：1，优选为4.7-8.7：1。
优选地，所述还原剂为具有络合功能和还原功能的双功能还原剂，优选为维生素C。在上述优选的情况下，有助于在形成PtNi合金的同时，增强合金颗粒与碳表面结合作用，提高催化剂的稳定性。
根据本发明，优选地，所述溶剂的用量使得，所述分散液中所述Pt源的浓度为0.1-2mg/mL。
在本发明中，对于所述Pt源的选择范围较宽，可以选自本领域常规的含Pt的无机盐或有机盐，优选地，所述Pt源选自氯铂酸、氯铂酸钾、乙酰丙酮铂、硝酸四氨合铂、醋酸铂、醋酸四氨合铂和氯铂酸铵中的至少一种，优选为乙酰丙酮铂、硝酸四氨合铂和氯铂酸铵中的至少一种。
本发明对于所述Ni源的具体种类也没有特殊的限定，优选地，所述Ni源选自乙酰丙酮镍和/或硝酸六氨合镍。
在本发明中，对于所述碳源的选择范围较宽，优选地，所述碳源为导电炭黑。对于导电炭黑的来源没有特殊的要求，可以来自于商购，优选地，所述导电炭黑选自ketjenblack ECJ600、ketjenblack ECJ300、前处理过的ketjenblackECJ600、卡博特XC72、卡博特XC72R、卡博特XC80、卡博特BP2000、卡博特XC 800、卡博特XC400和卡博特XC MAX22中的至少一种。
根据本发明，优选地，所述溶剂中还包括极性溶剂。
在本发明中，“极性溶剂”指含有羟基或羰基等极性基团的溶剂。
优选地，所述极性溶剂选自有机醇和/或有机酸；优选地，所述有机醇选自C2-C9的有机醇，进一步优选为苯甲醇、邻苯二甲醇和间苯二甲醇中的至少一种，更优选为苯甲醇；优选地，所述有机酸选自C1-C9的有机酸，进一步优选为苯甲酸、甲酸、乙酸、邻苯二甲酸和间苯二甲酸中的至少一种，更优选为苯甲酸。在上述优选的情况下，有利于进一步降低PtNi合金的平均粒径，优化粒径分布。
优选地，所述极性溶剂包括有机醇和有机酸，所述有机醇和有机酸的体积比优选为1：0.03-0.05。
根据本发明一种最优选的实施方式，所述极性溶剂包括苯甲酸和苯甲醇。
根据本发明，优选地，所述极性溶剂与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1：3-10，优选为1：3-6。
根据本发明，优选地，所述分散液的沸腾温度为155-165℃。
在本发明中，优选地，步骤(2)中，反应时间为5-30min，优选为10-25min。采用上述优选的反应条件，有助于控制制得的PtNi合金中具有适宜的晶格缺陷含量，有利于提高PtNi/C催化剂的ORR活性和稳定性。
在本发明中，所述惰性气氛优选为氮气。
根据本发明，优选地，该方法还包括：将步骤(2)中反应得到的产物进行分离和洗涤。所述分离和洗涤可以采用本领域常规的操作方法进行，本发明对此没有特别的限定。所述分离方法可以选自抽滤或离心分离。
优选地，所述洗涤中的洗涤剂可以为水和/或有机醇，所述有机醇溶选自乙醇、乙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇和2,4-丁二醇中的至少一种。
本发明第二方面提供上述制备方法制得的PtNi合金催化剂，所述催化剂中，至少部分合金颗粒表面含有晶格缺陷。
优选地，所述催化剂中，超过70％以上的合金颗粒表面含有晶格缺陷。
在本发明中，所述含有晶格缺陷的合金颗粒分布和数量通过透射电镜测试得到，具体地，透射电镜分析在购自FEI公司，型号为Tecnai G2 F20的透射电子显微镜上上进行，制样方法为：取样品1mg左右，分散于60-80重量％的乙醇中，超声分散10分钟，用吸管吸取少量分散液，滴加于电镜测试的铜网上，采用的铜网为微栅或超薄微栅，不使用超薄碳膜或者碳支持膜。其中，铂镍合金颗粒晶格缺陷的具体测定方法为：选择单层颗粒(即，无多组PtNi/C重叠)，将透射电镜调至明场模式，选择一处观察视角区域，可以看到合金纳米颗粒的晶格缺陷情况，如图其中，选择8处不同的视角区域，统计视角区域内含有晶格缺陷的合金颗粒的数量。
优选地，所述PtNi合金的平均粒径为6-10nm，优选为7-9nm。
在本发明中，所述PtNi合金的平均粒径通过透射电镜方法测试。具体而言，PtNi合金的平均粒径的具体测定方法为：将样品进行透射电镜分析，随机选取8处催化剂颗粒非重叠的、分散较开的视角区域(放大倍数为40000-200000倍)，每个区域随机选择50个(共计400个)金属铂颗粒，统计颗粒的粒径，最后取粒径的平均值作为PtNi合金的平均粒径。
本发明第三方面提供上述PtNi合金催化剂在质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池领域或电解水反应中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，如无特殊说明，各原料均来自于商购。
化学活性的测试方法为旋转圆盘测试法，将催化剂制备成浆液滴涂到直径为5mm的玻碳电极上，烘干待测(保证电极上Pt的载量在18-22μg/cm2的范围内)；其中催化剂极化曲线的测试条件为：0.1M HClO4溶液，氧气饱和，电压扫描范围为0-1.0V vs RHE，扫描速率为10mV/s，旋转圆盘电极转速为1600r/min；电化学活性面积的测试条件为：0.1M HClO4溶液，氮气饱和，电压扫描范围为0-1.0V vs RHE，扫描速率为50mV/s，将曲线上氢脱附峰面积进行积分，
其中，铂碳催化剂的电化学活性面积(ECSA)的计算公式为：
其中，SH为峰面积，
V为扫描速率，为0.05v/s，
Mpt为滴加在玻炭电极上的Pt的质量；
铂碳催化剂的质量比活性(The mass specific activity，A/mgPt)的计算公式为：
其中，ik为动力学电流，单位为mA/cm2，其计算是根据K-L方程计算得到，方程形式如下：
iL为极限扩散电流，通过ORR曲线直接读取；
mPt为玻炭电极上所负载的Pt的量，单位为mgPt/cm2。
面积比活性计算公式为：
其中，面积比活性的的单位为mA cmPt -2；
实施例1
(1)将80mg碳粉(ketjen black-ECJ300)和50mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、10mL苯甲醇混合并在超声机中分散均匀，再在上述悬浮液中加入64mg乙酰丙酮铂、13mg乙酰丙酮镍(以元素计，Pt源、Ni源的质量比为10.5：1)、450mg苯甲酸以及300mg还原剂维生素C，并将所得混合物在超声机中超声分散均匀。
(2)反应开始前给体系通5min氮气后再抽真空5min，重复两次，然后在氮气氛围下用电磁搅拌电热套将体系升温至沸点164℃，反应时间为10min。所得产物加入乙醇和超纯水后，使用离心机(10000rpm，10min)洗涤分离，将得到的纳米颗粒溶解在乙醇中，抽滤得到PtNi合金催化剂A1。组成如表1所示。
PtNi合金催化剂A1的XRD图谱如图1所示，在41.6°处的主峰位于Pt(111)面和Ni(111)面衍射峰的中间，表明成功的合成得到PtNi合金纳米晶。
PtNi合金催化剂A1在放大倍数为40000倍下的透射电镜图如图2所示，可以看到PtNi合金纳米颗粒均匀的分布在载体上，PtNi合金的平均粒径大约为6nm。
PtNi合金催化剂A1的在放大倍数为200000倍下的透射电镜图如图3所示，可以看到清晰的晶格条纹，同时可以看到晶面有明显的凹坑，移动视野重复拍摄8张照片，统计平均的晶格缺陷的分布情况。结果如表1所示。
将催化剂A1进行电化学活性测试，电化学测试曲线(重复测试两次)如图4所示，结果如表2所示。
实施例2
按照实施例1的方法，不同的是，加入34mg乙酰丙酮铂、13mg乙酰丙酮镍，以元素计，Pt源、Ni源的质量比为5.5：1，制得的PtNi合金催化剂记为A2。催化剂的组成如表1所示，电化学测试结果如表2所示。
实施例3
按照实施例1的方法，不同的是，乙酰丙酮铂的用量为26mg，乙酰丙酮镍的用量为13mg，以元素计，Pt源、Ni源的质量比为4.2：1。制得的PtNi合金催化剂记为A3。催化剂的组成如表1所示，电化学测试结果如表2所示。
实施例4
按照实施例1的方法，不同的是，乙酰丙酮铂的用量为13mg，乙酰丙酮镍的用量为13mg，以元素计，Pt源、Ni源的量比为2.1：1。制得的PtNi合金催化剂记为A4。催化剂的组成如表1所示，电化学测试结果如表2所示。
实施例5
按照实施例1的方法，不同的是，乙酰丙酮铂的用量为8.8mg，乙酰丙酮镍的用量为13mg，以元素计，Pt源、Ni源的质量比为1.43：1。制得的PtNi合金催化剂记为A5。催化剂的组成如表1所示，电化学测试结果如表2所示。
实施例6
按照实施例1的方法，不同的是，乙酰丙酮铂的用量为6.5mg，乙酰丙酮镍的用量为13mg，以元素计，Pt源、Ni源的质量比为1：1。制得的PtNi合金催化剂记为A6。催化剂的组成如表1所示，电化学测试结果如表2所示。
实施例7
(1)将80mg碳粉(ketjen black-ECJ300)和50mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、10mL苯甲醇混合并在超声机中分散均匀，再在上述悬浮液中加入64mg乙酰丙酮铂、13mg乙酰丙酮镍(以元素计，Pt源、Ni源的质量比为10.5：1)、350mg苯甲酸以及480mg还原剂维生素C，并将所得混合物在超声机中超声分散均匀。
(2)反应开始前给体系通5min氮气后再抽真空5min，重复两次，然后在氮气氛围下用电磁搅拌电热套将体系升温至沸点165℃，反应时间为15min。所得产物加入乙醇和超纯水后，使用离心机(10000rpm，10min)洗涤分离，将得到的纳米颗粒溶解在乙醇中，抽滤得到PtNi合金催化剂A7。
实施例8
(1)将80mg碳粉(ketjen black-EC300)和60mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)混合并在超声机中分散均匀，再在上述悬浮液中加入64mg乙酰丙酮铂、13mg乙酰丙酮镍以及300mg还原剂维生素C，并将所得混合物在超声机中超声分散均匀。
(2)反应开始前给体系通5min氮气后再抽真空5min，重复两次，然后在氮气氛围下用电磁搅拌电热套将体系升温至沸点164℃，反应时间为10min。所得产物加入乙醇和超纯水后，使用离心机(10000rpm,10min)洗涤分离，将得到的纳米颗粒溶解在乙醇中，抽滤得到催化剂记为A8。催化剂的组成如表1所示，电化学测试结果如表2所示。
实施例9
按照实施例1中的方法，不同的是，采用等量的酒石酸替换维生素C，得到的催化剂记为A9。催化剂的组成如表1所示，电化学测试结果如表2所示。
实施例10
(1)将80mg碳粉(ketjen black-ECJ300)和50mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、10mL苯甲醇混合并在超声机中分散均匀，再在上述悬浮液中加入64mg乙酰丙酮铂、13mg乙酰丙酮镍(以元素计，Pt源、Ni源的质量比为10.5：1)、500mg苯甲酸以及250mg还原剂维生素C，并将所得混合物在超声机中超声分散均匀。
(2)反应开始前给体系通5min氮气后再抽真空5min，重复两次，然后在氮气氛围下用电磁搅拌电热套将体系升温至沸点160℃，反应时间为8min。所得产物加入乙醇和超纯水后，使用离心机(10000rpm，10min)洗涤分离，将得到的纳米颗粒溶解在乙醇中，抽滤得到PtNi合金催化剂A10。
对比例1
先将乙酰丙酮镍96mg溶于油胺油酸的混合液中，同时加入5mL的1,2-十六烷二醇作为还原剂。将混合液升温至200℃，然后注入64mg乙酰丙酮铂溶液。将溶液在200℃下保持一小时后自然冷却至室温。反应结束后离心分离得到PtNi纳米晶。
将得到的PtNi纳米晶分散与非极性溶剂环己烷中，并加入80mg的碳粉共同超声，然后抽滤收集。将得到的催化剂粉末在空气氛围下200℃煅烧5h以得到；催化剂DA1。组成如表1所示。
催化剂DA1在放大倍数为200000倍下的透射电镜图如图5所示，其合金颗粒表面无明显的晶格缺陷。电化学测试结果如表2所示。
对比例2
按照实施例1中的方法，不同的是，步骤(2)中的反应时间为40min，得到的催化剂记为DA2。催化剂的组成如表1所示，电化学测试结果如表2所示。
表1
表2
结合表1和表2的结果可以看出，本发明提供的制备方法制得的催化剂表面有更多的晶格缺陷，其质量比活性和面积比活性都明显高于常规油胺法制备的催化剂。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种PtNi合金催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供含有Pt源、Ni源、碳源、还原剂和溶剂的分散液；
其中，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺；
(2)在惰性气氛存在下，将所述分散液加热至沸腾，并在沸腾温度下反应，反应时间不超过30min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，以Pt源、Ni源的总量为基准，以元素计，Pt源、Ni源的质量比为3.3-13.5：1，优选为5.5-10.5：1；
优选地，碳源与以元素计的Pt源、Ni源的总量的质量比为1-15：1，优选为2-6：1。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，步骤(1)包括：
(1-1)提供含有碳源和至少部分溶剂的第一分散液；
(1-2)向上述第一分散液中加入Pt源、Ni源和还原剂，得到所述分散液；
步骤(1-1)和步骤(1-2)各自独立地在搅拌或超声条件下进行。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，所述还原剂的用量与所述Pt源的质量比为3.5-15：1；
优选地，所述还原剂为维生素C；
和/或，所述溶剂的用量使得，所述分散液中Pt源的浓度为0.1-2mg/mL。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的制备方法，其中，所述Pt源选自氯铂酸、氯铂酸钾、乙酰丙酮铂、硝酸四氨合铂、醋酸铂、醋酸四氨合铂和氯铂酸铵中的至少一种，优选为乙酰丙酮铂、硝酸四氨合铂和氯铂酸铵中的至少一种；
和/或，所述Ni源选自乙酰丙酮镍和/或硝酸六氨合镍；
和/或，所述碳源为导电炭黑。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的制备方法，其中，所述溶剂中还包括极性溶剂，所述极性溶剂优选为有机醇和/或有机酸；
优选地，所述有机醇选自C2-C9的有机醇，进一步优选为苯甲醇、邻苯二甲醇和间苯二甲醇中的至少一种，更优选为苯甲醇；
优选地，所述有机酸选自C1-C9的有机酸，进一步优选为苯甲酸、苯甲酸、甲酸、乙酸、邻苯二甲酸和间苯二甲酸中的至少一种，更优选为苯甲酸；
优选地，所述极性溶剂与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1：3-10。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的制备方法，其中，所述分散液的沸腾温度为155-165℃；
优选地，步骤(2)中，反应时间为5-30min，优选为10-25min。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的制备方法，其中，该方法还包括：将步骤(2)中反应得到的产物进行分离和洗涤；
优选地，所述洗涤中的洗涤剂可以为水和/或有机醇，所述有机醇溶选自乙醇、乙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇和2,4-丁二醇中的至少一种。
9.权利要求1-8中任意一项所述的制备方法制得的PtNi合金催化剂，所述催化剂中，至少部分合金颗粒表面含有晶格缺陷；
优选地，所述催化剂中，超过70％以上的合金颗粒表面含有晶格缺陷；
优选地，所述PtNi合金的平均粒径为6-10nm，优选为7-9nm。
10.权利要求9所述的PtNi合金催化剂在质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池领域或电解水反应中的应用。
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