一种五元合金纳米颗粒及其制备方法和应用

本发明涉及电化学催化剂，具体涉及一种五元合金纳米颗粒及其制备方法和应用。

背景技术：

1、甘油作为生物柴油生产和石油化工的副产物，是一种重要的生物质原料和典型的多元醇。随着全球燃料需求骤增，甘油的供应严重过剩，远超出市场需求，而将甘油转化为增值产品是一种高效、环境友好的解决途径。

2、目前，主要是通过氢解、聚合、醚化、氧化、脱水、乙酰化和酯交换方法将甘油转化为高附加值的产物，而甘油的催化氧化是生产各种增值产物具有前景的方法。甘油的催化方法包括工业热催化、生物酶催化和电催化三种方式。电催化是一种通过氧化还原反应将能量和生物质转化相结合起来的方法，可以在温和条件下反应，不需要借助高温高压或特殊设备，且与传统的氧化和还原反应相比，产生的废物更少，不会产生有毒气体，具有可持续性，符合绿色化学、碳中和的主要原则。甘油通过热脱水、催化脱水、电催化氧化等方式可以转化为对应的酮、醛和酸(例如：二羟基丙酮、甘油醛、甘油酸、羟基丙酮酸、酒石酸等)，而这些酮、醛和酸在化妆品行业应用广泛。

3、因此，开发一种高选择性和高活性的电化学催化剂对于实现甘油的有效利用具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种五元合金纳米颗粒及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种五元合金纳米颗粒，其组成包括载体炭黑颗粒和负载的pt-pd-rh-ru-ni纳米颗粒。

4、优选地，所述炭黑颗粒、pt-pd-rh-ru-ni纳米颗粒的质量比为2～20:1。

5、优选地，所述炭黑颗粒的粒径为40nm～100nm。

6、优选地，所述pt-pd-rh-ru-ni纳米颗粒的粒径为3nm～10nm。

7、一种如上所述的五元合金纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：

8、1)将pt盐、pd盐、rh盐、ru盐、ni盐、炭黑和异丙醇分散在hcl溶液中，得到混合分散液；

9、2)将混合分散液加入多元醇中进行还原反应，即得五元合金纳米颗粒。

10、优选地，步骤1)所述pt盐为四氯铂酸钾(k2ptcl4)、四氯铂酸钠(na2ptcl4)、氯铂酸(h2ptcl6)中的至少一种。

11、优选地，步骤1)所述pd盐为四氯钯酸钾(k2pdcl4)、四氯钯酸钠(na2pdcl4)、六氯钯酸钾(k2pdcl6)中的至少一种。

12、优选地，步骤1)所述rh盐为三氯化铑(rhcl3)、六氯铑酸钾(k3rhcl6)、六氯铑酸钠(na3rhcl6)中的至少一种。

13、优选地，步骤1)所述ru盐为三氯化钌(rucl3)、六氯钌酸钾(k3rucl6)、六氯钌酸钠(na3rucl6)中的至少一种。

14、优选地，步骤1)所述ni盐为氯化镍(nicl2)、硫酸镍(niso4)、碳酸镍(nico3)中的至少一种。

15、优选地，步骤2)所述混合分散液的添加方式为滴加，滴加速率为1ml/min～5ml/min。

16、优选地，步骤2)所述多元醇为乙二醇、丙三醇、三乙二醇、季戊四醇中的至少一种。

17、优选地，步骤2)所述多元醇在使用前先预热至180℃～230℃。

18、优选地，步骤2)所述还原反应在180℃～230℃下进行，反应时间为10min～120min。

19、优选地，步骤2)所述还原反应结束后还对反应产物进行了纯化和干燥。

20、优选地，所述纯化和干燥的具体操作为：将还原反应得到的反应液冷却至室温，再加入丙酮和乙醚的混合液后进行离心，再取离心得到的沉淀用乙醚、丙酮、无水乙醇和水的混合液洗涤多次，再进行真空干燥。

21、优选地，所述真空干燥在50℃～80℃下进行，干燥时间为8h～24h。

22、一种电化学催化剂，其包含上述五元合金纳米颗粒。

23、一种甘油电催化氧化的方法，采用的电化学催化剂为上述五元合金纳米颗粒。

24、本发明的有益效果是：本发明的五元合金纳米颗粒具有元素种类丰富、粒径较小、成分分散均匀、催化性能好、性能稳定等优点，且其制备过程简单、反应条件温和、环境友好，其作为电化学催化剂可以通过一步反应将甘油转化成多种高附加值产物，具有广阔的应用前景。

25、具体来说：

26、1)本发明的五元合金纳米颗粒以炭黑为载体，避免了pt-pd-rh-ru-ni纳米颗粒的团聚，使得pt-pd-rh-ru-ni纳米颗粒能够均匀分散，从而可以获得粒径较小的五元合金纳米颗粒，与使用pvp(聚乙烯吡咯烷酮)作为胶体保护剂相比，产物更容易用有机溶剂洗涤，减少了化学试剂的使用量，保护了环境，避免了五元合金纳米颗粒在洗涤过程中发生氧化反应，保持了催化剂的电催化性能；

27、2)本发明的五元合金纳米颗粒中的pt-pd-rh-ru-ni纳米颗粒是由贵金属盐和过渡金属盐进行共还原制成，形成了单相fcc固溶体结构，不仅保持了贵金属良好的催化性能，而且还降低了生产成本；

28、3)本发明的五元合金纳米颗粒具有良好的电化学性能，氧化峰的质量密度较高，在固定电位下能够将甘油氧化成各种高附加值产物，从而可以实现甘油的高附加值转化，提高了甘油的利用率，有效解决了柴油副产物过剩问题；

29、4)本发明的五元合金纳米颗粒制备过程简单，不需要特殊的仪器设备，五种金属可以达到共还原，反应条件温和，不会产生有毒有害物质，环境友好，产物性能稳定，具有很好的应用前景。

技术特征：

1.一种五元合金纳米颗粒，其特征在于，组成包括载体炭黑颗粒和负载的pt-pd-rh-ru-ni纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的五元合金纳米颗粒，其特征在于：所述炭黑颗粒、pt-pd-rh-ru-ni纳米颗粒的质量比为2～20:1。

3.根据权利要求1或2所述的五元合金纳米颗粒，其特征在于：所述炭黑颗粒的粒径为40nm～100nm。

4.根据权利要求1或2所述的五元合金纳米颗粒，其特征在于：所述pt-pd-rh-ru-ni纳米颗粒的粒径为3nm～10nm。

5.一种如权利要求1～4中任意一项所述的五元合金纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述混合分散液的添加方式为滴加，滴加速率为1ml/min～5ml/min。

7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述多元醇为乙二醇、丙三醇、三乙二醇、季戊四醇中的至少一种。

8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：步骤2)所述还原反应在180℃～230℃下进行，反应时间为10min～120min。

9.一种电化学催化剂，其特征在于，包含权利要求1～4中任意一项所述的五元合金纳米颗粒。

10.一种甘油电催化氧化的方法，其特征在于，采用的电化学催化剂为权利要求1～4中任意一项所述的五元合金纳米颗粒。

技术总结
本发明公开了一种五元合金纳米颗粒及其制备方法和应用。本发明的五元合金纳米颗粒的组成包括载体炭黑颗粒和负载的Pt‑Pd‑Rh‑Ru‑Ni纳米颗粒，其制备方法包括以下步骤：1)将Pt盐、Pd盐、Rh盐、Ru盐、Ni盐、炭黑和异丙醇分散在HCl溶液中，得到混合分散液；2)将混合分散液加入多元醇中进行还原反应，即得五元合金纳米颗粒。本发明的五元合金纳米颗粒具有元素种类丰富、粒径较小、成分分散均匀、催化性能好、性能稳定等优点，且其制备过程简单、反应条件温和、环境友好，其作为电化学催化剂可以通过一步反应将甘油转化成多种高附加值产物，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：朴金花,曹朵朵
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15