一种PtCuMo合金气凝胶纳米线及其制备方法和在燃料电池电极中的应用

本发明涉及燃料电池气凝胶纳米材料，特别是涉及一种ptcumo合金气凝胶及其制备方法和在燃料电池电极中的应用。

背景技术：

1、为了解决日益增长的全球能源消耗和化石燃料能源使用造成的环境污染，发展新型可持续清洁能源对于解决当前环境污染和能源短缺等问题尤为重要。燃料电池由于其能量转换效率高、环保、高能量密度等优点，被认为是下一代能源的候选者之一。燃料电池技术作为一种新的能量转换方式，在各个领域得到广泛应用。

2、目前，电催化剂作为燃料电池电化学反应的关键组分之一，仍存在成本高、活性低、稳定性差等问题。优良的燃料电池电催化剂必须具有优良的催化活性、抗中毒能力、导电性和稳定性。合成方法对催化性能的影响也至关重要。其中，气凝胶由于其独特的结构特征(包括大比表面积、自支撑结构和三维多孔结构)而引起了极大的兴趣。贵金属气凝胶作为一种新技术。

3、由于纳米结构的贵金属具有独特的物理化学性质，气凝胶纳米线具有丰富的催化/光学活性位点、快速的质量/电子转移通道和优异的结构稳定性，在催化和表面增强拉曼散射等方面具有广阔的应用前景。特别是在电催化方面，表现出超越商业贵金属催化剂的良好的活性。

4、目前燃料电池使用的是碳负载pt金属催化剂，它存在的问题：pt成本高；离聚物的存在会阻碍电子和氧气的传输；碳腐蚀影响电池寿命，而超薄催化层能降低pt用量；无需nafion使得传输阻力小；不存在碳腐蚀等优点。而纳米线的优势在于电子导电性要好于颗粒之前的传导。比表面积大能暴露更多的活性位点，而相互连接的结构避免了奥斯瓦尔德熟化和团聚。因此需要开发高活性的电催化剂，推动电催化剂在燃料电池电极领域的进一步发展。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种ptcumo合金气凝胶纳米线及其制备方法。

2、本发明的另一个目的是提供所述ptcumo合金气凝胶纳米线作为催化剂在燃料电池电极中的应用。

3、为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

4、一种ptcumo合金气凝胶纳米线的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤1，将pt金属盐前驱体、cu金属盐前驱体和mo金属盐前驱体分散于溶剂中，搅拌均匀得到混合溶液；

6、步骤2，将步骤1得到的混合溶液在冰水浴中静置，然后将硼氢化钠溶液加入到步骤1得到的混合溶液中，超声分散均匀后，静止形成沉淀物；

7、步骤3，分离步骤2得到的沉淀物，洗涤、冷冻干燥得到ptcumo合金气凝胶纳米线。

8、在上述技术方案中，所述步骤1中，pt金属盐前驱体、cu金属盐前驱体和mo金属盐前驱体中pt、cu、mo的摩尔比为(0.1-200)：(0.1-200)：(0.1-200)。

9、在上述技术方案中，所述步骤1中，pt金属盐前驱体为h2ptcl6、cu金属盐前驱体为cucl2、mo金属盐前驱体为mocl5。

10、在上述技术方案中，所述步骤2中硼氢化钠的摩尔量是步骤1中各金属摩尔量和的50-150倍。

11、在上述技术方案中，所述步骤2中静止时间为10～12h，静止温度为20～25℃。

12、在上述技术方案中，所述步骤3中，利用超纯水洗涤所述沉淀物。

13、在上述技术方案中，所述步骤3中，冷冻干燥温度为-60～-80℃，冷冻干燥时间为24～48h。

14、本发明的另一个目的，还包括利用所述制备方法得到的ptcumo合金气凝胶纳米线，其平均直径为7nm。

15、本发明的另一个目的是提供所述ptcumo合金气凝胶纳米线作为催化剂在燃料电池电极中的应用。

16、在上述技术方案中，所述ptcumo合金气凝胶纳米线应用于甲醇燃料电池的阳极催化剂。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1.本发明将pt与其他金属合金化来调整pt的电子结构，通过大量晶界的累积是催化剂晶格发生压缩效应从而削弱了对co的吸附，促进甲醇电氧化性能的大幅提升，催化过程中ptcumo合金气凝胶纳米线作为催化剂既具有有机分子脱氢反应的活性位点(pt原子)又具有可提供表面含氧物种的活性位点(cu和mo)，cu的加入可以显著的降低pt表面co氧化电位，促进吸附在pt活性位点上的co的氧化，二者协同作用加快了有机小分子在pt表面的氧化。mo的加入是为了增加其稳定性。

19、2.本发明通过一步还原法制备了具有自支撑结构的三元合金ptcumo气凝胶纳米线，简化了合成步骤，得到的ptcumo气凝胶合金纳米线作为催化剂材料，具有高催化活性和良好的稳定性，与传统的pt/c催化剂相比，本发明降低了贵金属的使用量，提高了催化剂的利用率，并且利用金属间的协同作用，显著地提高了催化剂对甲醇的催化活性，该催化剂可直接用作甲醇燃料电池的阳极催化剂，且制备过程简单条件温和，同时通过加入过渡金属降低了催化剂的成本。

技术特征：

1.一种ptcumo合金气凝胶纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，pt金属盐前驱体、cu金属盐前驱体和mo金属盐前驱体中pt、cu、mo的摩尔比为(0.1-200)：(0.1-200)：(0.1-200)。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，pt金属盐前驱体为h2ptcl6、cu金属盐前驱体为cucl2、mo金属盐前驱体为mocl5。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中硼氢化钠的摩尔量是步骤1中各金属摩尔量和的50-150倍。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2中静止时间为10～12h，静止温度为20～25℃。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，利用超纯水洗涤所述沉淀物。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，冷冻干燥温度为-60～-80℃，冷冻干燥时间为24～48h。

8.利用如权利要求1-7中任一项所述制备方法得到的ptcumo合金气凝胶纳米线，其特征在于，平均直径为7nm。

9.如权利要求8所述的ptcumo合金气凝胶纳米线作为催化剂在燃料电池电极中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述ptcumo合金气凝胶纳米线作为甲醇燃料电池的阳极催化剂。

技术总结
本发明公开了一种PtCuMo合金气凝胶纳米线及其制备方法和在燃料电池电极中的应用，PtCuMo合金气凝胶纳米线的制备方法包括以下步骤：步骤1，将Pt金属盐前驱体、Cu金属盐前驱体和Mo金属盐前驱体分散于溶剂中，搅拌均匀得到混合溶液；步骤2，将步骤1得到的混合溶液在冰水浴中静置，然后将硼氢化钠溶液加入到步骤1得到的混合溶液中，超声分散均匀后，静止形成沉淀物；步骤3，分离步骤2得到的沉淀物，洗涤、冷冻干燥得到PtCuMo合金气凝胶纳米线。PtCuMo气凝胶合金纳米线作为催化剂材料，具有高催化活性和良好的稳定性。

技术研发人员：何佳,刘敬岫,刘严壹
受保护的技术使用者：天津理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/8/27