本發(fā)明涉及功能材料，尤其是涉及一種負(fù)載于碳粉表面的鉑金鈷納米復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

陰極催化劑是直接甲醇燃料電池的重要組成部分之一，金屬鉑是目前發(fā)現(xiàn)的最為理想的催化劑，但是它由于價(jià)格高、資源稀缺以及易被甲醇毒化等缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了直接甲醇燃料電池的商業(yè)化用途。因此，如何降低鉑金屬的用量，同時(shí)提高催化劑的活性，成了當(dāng)前研究的一大熱點(diǎn)問題。

現(xiàn)在的研究方向主要是分為三種：

一、通過以鉑為基礎(chǔ)的來合成鉑與其他金屬的合金，這樣可以有效的降低金屬鉑的用量，同時(shí)一定程度上提高催化劑的催化活性。li,miaoyu發(fā)現(xiàn)ptru的催化活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉑單晶材料(lim,zhengh,hang,etal.facilesynthesisofbinaryptrunanoflowersforadvancedelectrocatalyststowardmethanoloxidation[j].catalysiscommunications,2017,92:95-99.)，這也是當(dāng)前燃料電池催化劑研究的主要方向之一。

二、通過合成以鉑為基礎(chǔ)的核殼結(jié)構(gòu)的金屬催化劑，目前這塊是催化劑研究的熱點(diǎn)。zhangz發(fā)現(xiàn)鉑銅核殼結(jié)構(gòu)催化活性優(yōu)于pt單晶體材料(zhangz,yangb,haox,etal.synthesisofbimetallicptcucore–shellstructuredcatalystanditscatalyticactivitytowardhydrogenevolutionreaction[j].journalofnanoscience&nanotechnology,2017.)，目前燃料電池研究方向之一。

三、通過使用非鉑金屬替代鉑作為催化劑，但是目前為止，取得的效果不太顯著。孫秀娟發(fā)現(xiàn)使用非鉑金屬也具有催化效果(孫秀娟.基于廉價(jià)炭黑的高效非貴金屬燃料電池陰極催化劑的研究[d].中國(guó)科學(xué)院大學(xué),2014.)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種負(fù)載于碳粉表面的鉑金鈷納米復(fù)合材料及其制備方法。

所述負(fù)載于碳粉表面的鉑金鈷納米復(fù)合材料由鉑、金和鈷組成，整體粒徑為2～50nm，具有良好的抗甲醇毒化的能力，粒徑大小一致，材料整體分散性均勻，且制備方法工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，使用的反應(yīng)條件溫和，可重復(fù)性高，對(duì)環(huán)境友好。

鉑鈷二元合金納米顆粒代替單純的鉑作為陰極催化劑，可以降低催化劑的成本，在鉑鈷合金的基礎(chǔ)上通過添加金元素，可以提高催化劑抗甲醇毒化能力。

所述負(fù)載于碳粉表面的鉑金鈷納米復(fù)合材料的制備方法包括以下步驟：

1)配制無機(jī)鈷鹽的乙醇溶液，攪拌并加入硼氫化鈉的乙醇溶液，再加入表面活性劑于溶劑中，反應(yīng)后得到產(chǎn)物，將產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，離心得到鈷納米顆粒；

2)將步驟1)制得的鈷納米顆粒分散在溶劑中，攪拌并加入鉑鹽和金鹽，再加入表面活性劑，油浴加熱，加入經(jīng)過超聲的分散在溶液中的碳粉，冷卻至室溫，洗滌，離心得到負(fù)載于碳粉表面的鉑金鈷納米復(fù)合材料。

在步驟1)中，所述硼氫化鈉的乙醇溶液的摩爾濃度可為0.0020～0.9000m；所述加入的無機(jī)鈷鹽的乙醇溶液與硼氫化鈉的乙醇溶液的質(zhì)量比可為1︰(2～5)；所述表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇、油酸等中的一種；所述無機(jī)鈷鹽選自氯化鈷、硝酸鈷、硫酸鈷等中的一種；所述溶劑可選自水、乙二醇、異丙醇、丙酮等中的一種；所述反應(yīng)的時(shí)間可為2～8h。

在步驟2)中，所述鉑鹽和金鹽與步驟1)中所加入的無機(jī)鈷鹽的質(zhì)量之比可為2︰1︰1到1︰2︰2；所述鉑鹽、表面活性劑和碳粉的質(zhì)量比可為500︰1︰300到50︰1︰1500；所述鉑鹽可選自氯鉑酸、六氯合鉑酸鉀、四氯合鉑酸鉀等中的一種；所述金鹽可選自氯金酸、六氯合金酸鉀、四氯合金酸鉀等中的一種；所述溶劑可選自水、乙二醇、異丙醇、丙酮等中的一種；所述表面活性劑可選自十六烷基三甲基溴化銨、聚乙二醇、油酸等中的一種；所述油浴加熱的溫度可為60～200℃；所述油浴加熱的時(shí)間可為4～8h。

本發(fā)明所提供的制備方法較為簡(jiǎn)單，易操作，易重復(fù)性，反應(yīng)條件較溫和；所制備的納米材料具有高穩(wěn)定性、高電催化活性、低成本和抗甲醇毒化等優(yōu)點(diǎn)，在電化學(xué)催化、化學(xué)傳感器與光催化領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1鉑金鈷三元合金納米材料的透射電鏡圖。在圖1中，標(biāo)尺為50nm，照片顯示材料的尺寸在2～50nm之間，大小較為均一。

圖2為實(shí)施例1鉑金鈷三元合金納米材料的透射電鏡圖。在圖2中，標(biāo)尺為50nm。

圖3為實(shí)施例1鉑金鈷三元合金納米材料的的xrd圖。在圖3中，橫坐標(biāo)為二倍入射角度(2-theta)，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度(intensity)，與商業(yè)化pt/c對(duì)比圖，標(biāo)記a為jm-pt/c-40％，b為ptau@co/c-1#，c為ptau@co/c-2#。

圖4為實(shí)施例2鉑金鈷三元合金納米材料的透射電鏡圖。在圖4中，標(biāo)尺為20nm，照片顯示材料形貌和尺寸較為均一。

圖5為實(shí)施例2鉑金鈷三元合金納米材料的透射電鏡圖。在圖5中，標(biāo)尺為20nm，照片顯示了材料形貌和尺寸較為均一。

具體實(shí)施方式

上述提供的一種鉑金鈷三元合金納米材料及其制備方法，制備方法簡(jiǎn)單，可重復(fù)性高，操作簡(jiǎn)便，使用的反應(yīng)條件較為溫和，對(duì)環(huán)境友好。下面結(jié)合附圖通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。但是，應(yīng)當(dāng)理解，實(shí)施例是用于解釋本發(fā)明實(shí)施方案的，在不超出本發(fā)明主題的范圍內(nèi)，本發(fā)明保護(hù)范圍不受所述實(shí)施例的限定。

實(shí)施例1

取0.02376g硫酸鈷分散在50ml乙二醇溶液中，加入0.02545g十六烷基三甲基溴化銨，置于燒瓶中下室溫下攪拌均勻；然后往反應(yīng)液中加入0.6ml的新配濃度為0.1m的硼氫化鈉溶液，此時(shí)溶液由無色透明轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色，持續(xù)反應(yīng)3h后得到鈷納米顆粒。

制得的鈷顆粒分散在50ml乙二醇溶液中，緩慢攪拌并加入再加入1ml新配的濃度為0.01931m高鉑酸和0.02054g氯金酸并添加0.02545g十六烷基三甲基溴化銨，120℃油浴加熱4h，加入經(jīng)過超聲的分散在乙二醇溶液中的碳粉0.0200g，自然冷卻至室溫，進(jìn)行洗滌，離心得到鉑鈷金納米顆粒。

實(shí)施例2

取0.02376g硫酸鈷分散在50ml異丙醇溶液中，加入0.014337g油酸，置于燒瓶中下室溫下攪拌；然后往反應(yīng)液中加入0.6ml的新配濃度為0.1m的硼氫化鈉溶液，此時(shí)溶液由無色透明轉(zhuǎn)變?yōu)辄S色，持續(xù)反應(yīng)3h后得到鈷納米顆粒。

制得的鈷顆粒分散在50ml異丙醇溶液中，緩慢攪拌并加入再加入1ml新配的濃度為0.01931m高鉑酸和0.01748g六氯合金酸鉀并添加0.01437g油酸，120℃油浴加熱6h，加入經(jīng)過超聲的分散在異丙醇溶液中的碳粉0.0200g，自然冷卻至室溫，進(jìn)行洗滌，離心得到鉑鈷金納米顆粒。

實(shí)施例3

與實(shí)施例1類似，不同的是所用的無機(jī)鈷鹽為0.02389g的硝酸鈷，室溫下攪拌均勻。接著步驟與實(shí)施例1相同，僅有的不同是投入的無機(jī)鉑鹽為0.01748g的六氯合金酸鉀，最終產(chǎn)物同實(shí)施例1。

實(shí)施例4

與實(shí)施例1類似，不同的是所用的溶劑為水，接著步驟與實(shí)施例1相同，最終產(chǎn)物同實(shí)施例1。

實(shí)施例5

與實(shí)施例1類似，不同的是所用的無機(jī)鈷鹽為0.02389g的氯化鈷，室溫下攪拌均勻。接著步驟與實(shí)施例1相同，最終產(chǎn)物同實(shí)施例1。

實(shí)施例6

與實(shí)施例1類似，不同的是所用的表面活性劑為0.01374g的聚乙二醇，室溫下攪拌均勻。接著步驟與實(shí)施例1相同，最終產(chǎn)物同實(shí)施例1。

實(shí)施例7

與實(shí)施例2類似，不同的是所用的無機(jī)金鹽為0.01980g的四氯合金酸鉀，室溫下攪拌均勻。反應(yīng)時(shí)間為7h，接著步驟與實(shí)施例2相同，最終產(chǎn)物同實(shí)施例2。

實(shí)施例8

與實(shí)施例2類似，不同的是反應(yīng)溫度為70℃，接著步驟與實(shí)施例2相同，最終產(chǎn)物同實(shí)施例2。