本發(fā)明涉及一種亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體的合成方法，尤其涉及一種亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體的合成方法及在燃料電池的應(yīng)用，屬于能源納米材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

金屬Pt，Cu在醇類氧化、氧氣還原、固氮作用、生物質(zhì)燃料和液態(tài)燃料電池等方面都有不可取代的作用。結(jié)構(gòu)和性能的內(nèi)在聯(lián)系決定金屬納米晶體的大小和形貌控制十分重要。在液相中合成亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體的合成方法與形貌控制技術(shù)還沒有案例。并且由于Cu的加入形成合金不但可以增強(qiáng)催化劑的催化性能，還可以大幅度降低催化劑的成本。因此可控合成亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體具有重要意義。

傳統(tǒng)的燃料電池普遍采用的是商業(yè)碳載鉑黑，由于其成本高，質(zhì)量活性低，催化劑的效率低，該種合金晶體結(jié)構(gòu)不新。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體的合成方法，利用一種亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體的合成方法解決傳統(tǒng)的燃料電池普遍采用的是商業(yè)碳載鉑黑，由于其成本高，質(zhì)量活性低，催化劑的效率低，該種合金晶體結(jié)構(gòu)不新的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體的合成方法，包括如下步驟:

第一步、將PVP和NaI一起加入有機(jī)溶劑DMF中，室溫下攪拌5～8分鐘；

第二步、向步驟（一）所得混合溶液中加入量為0.01～0.1mol的金屬鉑鹽驅(qū)體溶液和銅鹽前驅(qū)體溶液，室溫下攪拌3～10分鐘；

第三步、向步驟（二）所得的混合溶液中加入鹽酸羥胺，室溫?cái)嚢?～10分鐘 ；

第四步、將步驟（三）所得混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)時(shí)間為2～12小時(shí)，高壓反應(yīng)釜溫度控制在100～150℃；

第五步、將步驟（四）所得產(chǎn)物冷卻后進(jìn)行洗滌，離心分離后即得亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體。

所述的金屬鉑鹽前驅(qū)體為乙酰丙酮鉑。

所述的金屬銅鹽前驅(qū)體為乙酰丙酮銅。

所述的反應(yīng)溫度為125～135℃。

所述的反應(yīng)時(shí)間為6-10小時(shí)。

采用本發(fā)明的技術(shù)方案，將PVP和NaI一起加入有機(jī)溶劑DMF中，室溫下攪拌5～8分鐘； 所得混合溶液中加入量為0.01～0.1mol的金屬鉑鹽驅(qū)體溶液和銅鹽前驅(qū)體溶液，室溫下攪拌3～10分鐘；在混合溶液中加入鹽酸羥胺，室溫?cái)嚢?～10分鐘 ；將混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)時(shí)間為2～12小時(shí)，高壓反應(yīng)釜溫度控制在100～150℃；最后所得產(chǎn)物冷卻后進(jìn)行洗滌，離心分離后即得亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體。該合成的一種亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體可以應(yīng)用在燃料電池方面，尤其是醇類燃料電池或氧氣還原電池上，有很好的使用效果。

所述的金屬鉑鹽前驅(qū)體為乙酰丙酮鉑，其易溶于丙酮、四氯化碳，微溶于苯、乙醇，不溶于水,熔點(diǎn)250—252℃，分解溫度265℃，為MOCVD前驅(qū)體化合物，均相催化劑。

所述的金屬銅鹽前驅(qū)體為乙酰丙酮銅，用作有機(jī)合成催化劑；用作樹脂交聯(lián)劑和固化促進(jìn)劑；橡膠添加劑；燃料油添加劑，可提高潤滑性和燃燒性，但不能阻止碳沉積。

所述的反應(yīng)溫度為125～135℃，在該溫度下有利于金屬鉑鹽驅(qū)體溶液和銅鹽前驅(qū)體溶液的化學(xué)合成。

所述的反應(yīng)時(shí)間為6-10小時(shí)，在該反應(yīng)時(shí)間下有利于金屬鉑鹽驅(qū)體溶液和銅鹽前驅(qū)體溶液的化學(xué)合成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：由該方法可以控制合成亞5納米截角八面體PtCu納米晶體的產(chǎn)物形貌，該種合金晶體結(jié)構(gòu)新穎，收率高，催化性能優(yōu)異，可以廣泛用于燃料電池為醇類燃料電池或氧氣還原電池，可以取代目前商業(yè)碳載鉑黑催化劑。

綜上所述，利用一種亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體的合成方法可以解決傳統(tǒng)的燃料電池普遍采用的是商業(yè)碳載鉑黑，由于其成本高，質(zhì)量活性低，催化劑的效率低，該種合金晶體結(jié)構(gòu)不新的問題。

附圖說明

圖1為亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體用透射電子顯微鏡觀察結(jié)果圖；

圖2為亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體用高能量色散X射線譜儀測(cè)試的Pt和Cu在顆粒中的分布圖；

圖3為亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體與商業(yè)碳載鉑黑的乙醇氧化的催化性能對(duì)比圖和催化穩(wěn)定性（計(jì)時(shí)電流法）對(duì)比圖；

圖4為亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體與商業(yè)碳載鉑黑氧氣還原反應(yīng)的催化性能對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將參照本說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1~4所示，一種亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體的合成方法，包括如下步驟:

第一步、將PVP和NaI一起加入有機(jī)溶劑DMF中，室溫下攪拌5～8分鐘；

第二步、向步驟（一）所得混合溶液中加入量為0.01～0.1mol的金屬鉑鹽驅(qū)體溶液和銅鹽前驅(qū)體溶液，室溫下攪拌3～10分鐘；

第三步、向步驟（二）所得的混合溶液中加入鹽酸羥胺，室溫?cái)嚢?～10分鐘 ；

第四步、將步驟（三）所得混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)時(shí)間為2～12小時(shí)，高壓反應(yīng)釜溫度控制在100～150℃；

第五步、將步驟（四）所得產(chǎn)物冷卻后進(jìn)行洗滌，離心分離后即得亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體。

進(jìn)一步的金屬鉑鹽前驅(qū)體為乙酰丙酮鉑，其易溶于丙酮、四氯化碳，微溶于苯、乙醇，不溶于水,熔點(diǎn)250—252℃，分解溫度265℃，為MOCVD前驅(qū)體化合物，均相催化劑。

進(jìn)一步的金屬銅鹽前驅(qū)體為乙酰丙酮銅，用作有機(jī)合成催化劑；用作樹脂交聯(lián)劑和固化促進(jìn)劑；橡膠添加劑；燃料油添加劑，可提高潤滑性和燃燒性，但不能阻止碳沉積。

進(jìn)一步的反應(yīng)溫度為125～135℃，在該溫度下有利于金屬鉑鹽驅(qū)體溶液和銅鹽前驅(qū)體溶液的化學(xué)合成。

進(jìn)一步的反應(yīng)時(shí)間為6-10小時(shí)，在該反應(yīng)時(shí)間下有利于金屬鉑鹽驅(qū)體溶液和銅鹽前驅(qū)體溶液的化學(xué)合成。

實(shí)施例1：

一種亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體的合成方法,包括如下步驟:

（1）將PVP和NaI一起加入有機(jī)溶劑DMF中，室溫下攪拌5～8分鐘，PVP與NaI的質(zhì)量比為1：3；所加有機(jī)溶劑DMF量需要將PVP和NaI完全溶解即可；

（2）向步驟（1）所得混合溶液中加入金屬鉑鹽、銅鹽前驅(qū)體溶液，金屬鹽前驅(qū)體的量為0.01～0.1mol；室溫下攪拌3～10分鐘，鉑鹽前驅(qū)體與銅鹽前驅(qū)體的摩爾比為1：1；

（3）向步驟（2）所得的混合溶液中加入鹽酸羥胺，室溫?cái)嚢?～10分鐘，鹽酸羥胺與PVP的質(zhì)量比為3:1；

（4）向步驟（3）所得混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)8時(shí)，溫度控制在130℃；

（5）將步驟（4）所得產(chǎn)物冷卻后進(jìn)行洗滌，離心分離后即得亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體。所得產(chǎn)物冷卻、離心分離并用去乙醇進(jìn)行多次洗滌后分散保存于乙醇溶液中。

實(shí)施例2：

一種亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體的合成方法,其特征包括如下步驟:

（1）將PVP和NaI一起加入有機(jī)溶劑DMF中，室溫下攪拌5～8分鐘，PVP與NaI的質(zhì)量比為1：3；所加有機(jī)溶劑DMF量需要將PVP和NaI完全溶解即可；

（2）向步驟（1）所得混合溶液中加入金屬鉑鹽、銅鹽前驅(qū)體溶液，金屬鹽前驅(qū)體的量為0.01～0.1mol；室溫下攪拌5～10分鐘，鉑鹽前驅(qū)體與銅鹽前驅(qū)體的摩爾比為1：2；

（3）向步驟（2）所得的混合溶液中加入鹽酸羥胺，室溫?cái)嚢?～10分鐘，鹽酸羥胺與PVP的質(zhì)量比為3:1；

（4）向步驟（3）所得混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中反應(yīng)8時(shí)，溫度控制在130℃；

（5）將步驟（4）所得產(chǎn)物冷卻后進(jìn)行洗滌，離心分離后即得亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體。所得產(chǎn)物冷卻、離心分離并用去乙醇進(jìn)行三次洗滌后分散保存于乙醇溶液中。

由上述方法制得的亞5納米截角八面體的PtCu納米晶體的活性分別對(duì)乙醇氧化和氧氣還原反應(yīng)與商業(yè)碳載鉑黑作比較，比活性分別是商業(yè)碳載鉑黑的11.8和15倍，質(zhì)量活性分別是商業(yè)碳載鉑黑的2.12和2.8倍。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：由該方法可以控制合成亞5納米截角八面體PtCu納米晶體的產(chǎn)物形貌，該種合金晶體結(jié)構(gòu)新穎，收率高，催化性能優(yōu)異，可以廣泛用于燃料電池為醇類燃料電池或氧氣還原電池，可以取代目前商業(yè)碳載鉑黑催化劑。