碳外表負載中空鉑钌合金納米粒子電催化劑及其制備方法

　　碳材料負載鉑钌合金納米粒子在燃料電池具有非常重要的應用，鉑钌合金催化劑比單金屬鉑具有優異的抗一氧化碳中毒性能，因此被作爲直接甲醇燃料電池和使用含有微量一氧化碳的氫氣的燃料電池的重要電催化電極材料。XC-72納米碳和碳納米管具有高的比外表，作爲催化劑載體获得了廣泛的應用。XC-72納米碳和碳納米管負載的鉑钌合金對甲醇具有良好的電催化性能。但是鉑和钌的昂貴的價格使其實際應用受到了一定的限制。

由于中空結構的金屬納米粒子不僅具有比外表積高、密度較低的特點，同时與非中空金屬納米材料相比有著新的物理化學性能，同時中空結構的貴金屬納米粒子可以節約貴金屬的使用量，降低材料的成本。因此，最近中空結構的金屬納米粒子的合成和應用研究引起了人們的極大興趣。目前，這種中空金屬納米粒子的制備方法主假如基于一種模板方法。常用的模板有介孔氧化鋁、聚乙烯納米微球、矽球和囊泡等。這種方法第一是將金屬在這些模板上還原出來，然後再通過一些加熱或者是溶解的方法將模板取消，最後就获得了中空的金納米結構。Sun等提出了一種合成中空貴金屬納米結構的方法(Metal nanostructureswith hollow interior，Adv.Mater.，2003，15：7-8)，這種方法的要紧原理是基于金屬間的置換反應，第一在溶液中用化學還原法合成出較爲活潑的金屬銀納米粒子，然後进入貴金屬金、鉑或者钯的鹽前驅物，在100℃的條件下回流最後获得了金、鉑或者钯的中空納米結構。但是，到目前爲止還沒有發現碳負載中空的鉑钌合金納米粒子電催化劑的報道。

發明的碳外表負載中空鉑钌合金納米粒子電催化劑，其特征是負載在碳外表的鉑釘合金納米粒子爲中空結構，鉑钌合金組成的原子比表达爲PtxRuy，其中X＝0.2～0.8，Y＝0.8～0.2，X+Y＝1，催化劑中鉑钌合金納米粒子的質量分數爲9％～30％，其余爲碳。

碳外表負載中空鉑钌合金納米粒子電催化劑的制備方法，其步驟如下：1)將钴鹽溶解在去離子水中，配制濃度爲0.002-0.006mol/L钴鹽水溶液，进入適量的穩定劑，使穩定劑在钴鹽水溶液中的濃度爲0.002-0.006mol/L，通入氮氣取消溶液中的氧；2)在氮氣保護下，逐滴进入硼氫化鈉的溶液，硼氫化鈉與钴鹽的摩爾比爲1∶1～1∶1.1，反應30～50分鍾使溶液中的钴離子還原爲金屬納米粒子，然後再逐滴进入鉑鹽和钌鹽的混合溶液，繼續攪拌反應30～60分鍾，混合溶液中鉑鹽的濃度爲0.002～0.05mol/L，钌鹽的濃度爲0.0005～0.05mol/L，鉑鹽與钌鹽物質量之和與钴鹽物質量的比例爲1∶2～1∶3；3)进入碳載體攪拌1～2小時，經過濾、洗滌、烘幹，獲得在碳外表負載中空鉑钌合金納米粒子電催化劑。