本發(fā)明涉及納米催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米鉑鎳合金及其制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，能源需求使人類(lèi)急需解決的主要問(wèn)題，燃料電池使一種清潔能源，也被認(rèn)為使最有前景的能源，在甲醇的催化氧化反應(yīng)中，金屬鉑因其原子間配位低和騎在納米粒子表面的活性位點(diǎn)較低，有利于有機(jī)小分子的電氧化和水的分解，顯示出較高的催化活性，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)具有多相界面結(jié)構(gòu)和表面可控的微納米結(jié)構(gòu)的合金粒子，然而，鉑不僅價(jià)格昂貴而且穩(wěn)定性差，阻礙了其在燃料電池上的廣泛應(yīng)用。因此，尋找一種新穎的可替代金屬鉑來(lái)提高其催化性能的物質(zhì)就顯得尤為重要。

合金材料可以印發(fā)一系列效應(yīng)，例如表面元素的隔離、幾何構(gòu)型的改變以及鉑電子結(jié)構(gòu)的改變，從而提高了鉑的電催化活性。在這些合金催化劑中，鉑基過(guò)渡金屬納米材料引起了廣泛的關(guān)注，這主要?dú)w因于它們優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和催化性能，與鉑結(jié)合構(gòu)成的雙金屬催化劑具有雙金屬協(xié)同效應(yīng)，從而大大提高了金屬鉑的電催化性能，研究結(jié)果表明，電沉積制得的鉑基雙金屬合金膜同電沉積得到的純鉑催化劑相比，雙金屬合金催化劑顯著提高了甲醇氧化還原的效率。但是現(xiàn)有技術(shù)中，制備鉑鎳合金的方法極為苛刻，制備條件難以控制，制備產(chǎn)率低，重復(fù)性差，所得到的合金粒子的組分不均勻，粒子尺寸難以控制，因次尋找一種組分尺寸均勻的合金催化劑具有十分重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種組分尺寸均勻的鉑鎳合金粒子，它具有催化效果好，性能穩(wěn)定，制備方法簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種納米鉑鎳合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)將表面活性劑溶于有機(jī)溶液中，得到溶液A；

(2)將1g氯鉑酸溶于100mL水中，然后向其中加入2～5mL0.1mol/L氯化鎳水溶液，然后再向混合體系中加入5～8g PVP，攪拌至完全溶解，得到溶液B；

(3)將溶液A加入溶液B中，再加入氯化鈉，攪拌均勻后，加入堿性溶液，調(diào)節(jié)pH至9～12，然后將其置于冰水浴中；

(4)向步驟(3)的混合體系中滴加0.5mol/L NaHB溶液，并對(duì)體系進(jìn)行緩慢攪拌，滴加結(jié)束后，將混合溶液升溫至50～70℃，并保溫24～72h，得到顆粒狀產(chǎn)物；

(5)將顆粒狀產(chǎn)物用飽和氯化鈉清洗后，再用乙醇清洗，真空干燥后得到納米鉑鎳合金。

優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為乙醇、乙二醇、異丙醇中的一種。

優(yōu)選的，所述表面活性劑為十六烷基三甲基溴化銨、四丁基溴化膦、四丁基溴化銨中的一種。

優(yōu)選的，所述表面活性劑溶液的濃度為0.01～0.05mol/L。

優(yōu)選的，所述PVP的平均分子量為40000。

優(yōu)選的，所述堿性溶液為氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液中的一種或多種組合物。

一種納米鉑鎳合金，其中鉑和鎳的摩爾比為4～10:1，其顆粒粒徑為10～20nm。

本發(fā)明還提供一種納米鉑鎳合金的應(yīng)用，所述納米鉑鎳合金可用于甲醇燃料電池的催化劑。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的鉑鎳合金，由于金屬鉑和金屬鎳間的協(xié)同作用，提高了金屬的活性和電催化性能，減少了貴金屬鉑的使用量，提高了催化劑的利用率，降低了成本，而且合金具有均一的尺寸和組織結(jié)構(gòu)，還具有較大的比表面積，對(duì)甲醇的催化氧化具有顯著的效果，且鉑鎳合金的制備方法簡(jiǎn)單，溫和可控，不需要過(guò)高的溫度和苛刻的實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定好、產(chǎn)率高。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1：

一種用于直接甲醇染料電池的納米鉑鎳合金催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將1mmol十六烷基三甲基溴化銨溶于20mL乙二醇中，得到溶液A；

(2)將1g氯鉑酸溶于100mL水中，得濃度為0.0193mol/L的氯鉑酸水溶液，然后向其中加入2.5mL 0.1mol/L氯化鎳水溶液，然后再向混合體系中加入6g PVP(Mw＝40000)，攪拌至完全溶解，得到溶液B；

(3)將溶液A加入溶液B中，再加入氯化鈉，攪拌均勻后，加入碳酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液，調(diào)節(jié)pH至10，然后將其置于冰水浴中；

(4)向步驟(3)的混合體系中滴加0.5mol/L NaHB溶液，并對(duì)體系進(jìn)行緩慢攪拌，滴加結(jié)束后，將混合溶液升溫至60℃，并保溫60h，得到顆粒狀產(chǎn)物；

(5)將顆粒狀產(chǎn)物用飽和氯化鈉清洗后，再用乙醇清洗，真空干燥后得到粒徑為10nm的鉑鎳合金，其中鉑和鎳的摩爾比為5:1。

實(shí)施例2：

一種用于直接甲醇染料電池的納米鉑鎳合金催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將0.05mmol十六烷基三甲基溴化銨溶于20mL乙醇中，得到溶液A；

(2)將1g氯鉑酸溶于100mL水中，得濃度為0.0193mol/L的氯鉑酸水溶液，然后向其中加入2mL 0.1mol/L氯化鎳水溶液，然后再向混合體系中加入5g PVP(Mw＝40000)，攪拌至完全溶解，得到溶液B；

(3)將溶液A加入溶液B中，再加入氯化鈉，攪拌均勻后，加入氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH至12，然后將其置于冰水浴中；

(4)向步驟(3)的混合體系中滴加0.5mol/L NaHB溶液，并對(duì)體系進(jìn)行緩慢攪拌，滴加結(jié)束后，將混合溶液升溫至70℃，并保溫24h，得到顆粒狀產(chǎn)物；

(5)將顆粒狀產(chǎn)物用飽和氯化鈉清洗后，再用乙醇清洗，真空干燥后得到粒徑為15nm的鉑鎳合金，其中鉑和鎳的摩爾比為10:1。

實(shí)施例3：

一種用于直接甲醇染料電池的納米鉑鎳合金催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將0.04mmol四丁基溴化膦溶于20mL乙二醇中，得到溶液A；

(2)將1g氯鉑酸溶于100mL水中，得濃度為0.0193mol/L的氯鉑酸水溶液，然后向其中加入5mL 0.1mol/L氯化鎳水溶液，然后再向混合體系中加入6g PVP(Mw＝40000)，攪拌至完全溶解，得到溶液B；

(3)將溶液A加入溶液B中，再加入氯化鈉，攪拌均勻后，加入氫氧化鈉和碳酸氫鈉的混合溶液，調(diào)節(jié)pH至10.8，然后將其置于冰水浴中；

(4)向步驟(3)的混合體系中滴加0.5mol/L NaHB溶液，并對(duì)體系進(jìn)行緩慢攪拌，滴加結(jié)束后，將混合溶液升溫至50℃，并保溫72h，得到顆粒狀產(chǎn)物；

(5)將顆粒狀產(chǎn)物用飽和氯化鈉清洗后，再用乙醇清洗，真空干燥后得到粒徑為18nm的鉑鎳合金，其中鉑和鎳的摩爾比為4:1。

實(shí)施例4：

一種用于直接甲醇染料電池的納米鉑鎳合金催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將0.2mmol四丁基溴化銨溶于20mL異丙醇中，得到溶液A；

(2)將1g氯鉑酸溶于100mL水中，得濃度為0.0193mol/L的氯鉑酸水溶液，然后向其中加入2.5mL 0.1mol/L氯化鎳水溶液，然后再向混合體系中加入8g PVP(Mw＝40000)，攪拌至完全溶解，得到溶液B；

(3)將溶液A加入溶液B中，再加入氯化鈉，攪拌均勻后，加入氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH至9，然后將其置于冰水浴中；

(4)向步驟(3)的混合體系中滴加0.5mol/L NaHB溶液，并對(duì)體系進(jìn)行緩慢攪拌，滴加結(jié)束后，將混合溶液升溫至50℃，并保溫48h，得到顆粒狀產(chǎn)物；

(5)將顆粒狀產(chǎn)物用飽和氯化鈉清洗后，再用乙醇清洗，真空干燥后得到粒徑為20nm的鉑鎳合金，其中鉑和鎳的摩爾比為5:1。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例具有如下有益效果：本發(fā)明由于金屬鉑和金屬鎳間的協(xié)同作用，提高了金屬的活性和電催化性能，減少了貴金屬鉑的使用量，降低了成本，而且鉑鎳合金具有均一的尺寸和組織結(jié)構(gòu)，和較大的比表面積，進(jìn)一步提高了甲醇催化氧化具有顯著的效果，且鉑鎳合金的制備方法簡(jiǎn)單，溫和可控，不需要過(guò)高的溫度和苛刻的實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定好、產(chǎn)率高。

需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類(lèi)的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。