本技术介绍了一种碳基三元金属纳米合金材料的制备方法及其应用领域。该材料由碳载体和其表面或孔道中的三元金属纳米合金颗粒组成,具有优异的催化性能和稳定性。
背景技术
铂基合金材料(主要是与过渡金属M:Cu,Fe,Ni,Co等形成合金),因过渡金属引入产生的“配体效应”、“应变效应”、“几何效应”等改变了铂的电子结构,削弱了铂表面原子与含氧物种的结合能,提升了催化剂的氧还原反应催化活性与稳定性(Angewandte ChemieInternational Edition,59(2020)18334-18348)。通常由于金属原子在体相中存在扩散势垒,金属合金一般呈现无序固溶体结构。例如铂钴合金材料,其中铂和钴原子随机占据面心立方位。无序PtM合金催化剂在酸性条件下,表面的过渡金属原子会迅速溶解到电解质中,留下低配位的铂表面,从而导致催化活性快速降低、稳定性较差(Nano Letters,24(2024)3213-3220)。有序合金是一种具有固定化学计量比和高度有序的原子结构的特殊结构合金,其中每个原子都呈规整和有序的固定站位,表现出更高的混合焓,可以减缓过渡金属M的溶解,从而可以提升合金材料的结构稳定性(Nature Materials,12(2013)81-87,Small18(2022)2202916)。
然而,在热力学上,尽管有序结构相对于传统的无序固溶体合金结构是稳定相,但是过渡金属仍然会逐步流失,导致有序合金结构的变化,催化剂的活性和稳定性面临着严重的问题(Nature Chemistry,6(2014)732-738)。此外,单一过渡金属对铂电子结构的调控仍然没有达到最优的氧中间态结合能数值。
为此,如何进一步调控贵金属的电子结构,增强其本征催化能力,减缓过渡金属的流失,保持稳定合金结构,延长合金催化剂的使用寿命的技术问题仍待解决。
实现思路