專利名稱：納米合金粉體的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種納米合金粉體的制備方法，特別是關于鉑-釕納米合金粉體的制備方法。
背景技術：
貴金屬催化劑是一種常用催化劑，特別是金(Au)、鉑(Pt)二種貴金屬，常用于燃料電池系統(tǒng)，以加速反應速率。使用甲醇及含微量一氧化碳(CO)的氫氣為燃料氣體的燃料電池，因燃料氣體會產(chǎn)生或本身含有一氧化碳，當一氧化碳含量超過一定含量，例如10ppm時，純鉑金屬催化劑會發(fā)生一氧化碳中毒現(xiàn)象，使得催化劑的活性降低，甚至會失去作用。所以，實際應用時，為避免發(fā)生催化劑中毒現(xiàn)象，常用鉑及釕(Ru)二種金屬取代單純鉑金屬作為燃料電池的電極催化劑，當一氧化碳靠近鉑金屬時，相鄰的釕金屬先將一氧化碳吸附，并在氧氣存在條件下將一氧化碳氧化成為二氧化碳，從而避免鉑金屬被一氧化碳毒化。
一般而言，電極催化劑的性能受其粒徑大小及均勻度影響，粒徑越小，均勻度越高，則其活性越高，催化性能越優(yōu)良，所以，為提高電極催化劑的性能，最好能提供粒度小，且均勻度高的電極催化劑。但是，當電極催化劑粒徑小至納米級時，其表面活性極大，相鄰鉑金屬會團聚一起，相鄰釕金屬會團聚一起，使得鉑金屬仍會發(fā)生一氧化碳中毒現(xiàn)象。
2000年5月23日公告的美國專利第6,066,410號揭露一種用于燃料電池的鉑-釕合金催化劑及其制備方法，該鉑-釕合金催化劑是將鉑-釕合金微粒均勻分散于作為催化劑載體的導電粉體，如碳黑，石墨，活性碳(active charcoal)等。該鉑-釕合金催化劑可耐受高達150ppm的一氧化碳含量而不影響其催化性能，該方法先要制備鉑金屬鹽及釕金屬鹽膠體，再將導電粉體與該二種金屬鹽膠體混合于溶液中，經(jīng)高溫過程制備而成，這種制備方法過程非常復雜。
2003年6月18日公開的中國專利申請第0216192.5號揭露一種以碳納米管為載體的鉑-釕合金納米顆粒的制備方法，該方法是將碳納米管均勻分散于含有鉑、釕二種金屬鹽的多元醇溶液中，然后用微波輻射加熱該碳納米管及金屬鹽多元醇溶液的均勻混合物，其中每1升金屬鹽多元醇溶液含有0.2至8.0克碳納米管，金屬鹽多元醇溶液中金屬鹽的濃度為0.0004至0.04摩爾/升，獲得鉑-釕合金的組成原子比為PtxRuy，其中x＝0.1～1，y＝0.1～1。
但是，鉑、釕金屬本身因資源匱乏，價格已經(jīng)很昂貴，此方法需用碳納米管作為載體，目前碳納米管的價格非常昂貴，這樣，使得總體成本更加高昂，難以大量應用。
有鑒于此，提供一種步驟簡單，容易實現(xiàn)，且成本較低的鉑-釕合金的制備方法實為必要。

發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術制備步驟復雜，成本昂貴等缺點，本發(fā)明的目的是提供一種簡單、易實現(xiàn)且低成本的鉑-釕納米合金粉體的制備方法。
本發(fā)明制備鉑-釕納米合金粉體的方法，包括下列步驟步驟一，提供含鉑、釕的原料，并將該原料混合置于一反應室內(nèi)；步驟二，通入保護氣體至該反應室內(nèi)，并保持一定氣壓；步驟三，提供激光源加熱含鉑、釕的原料，使其蒸發(fā)為氣體；步驟四，將蒸發(fā)的氣體快速冷卻，形成納米合金粉體。
含鉑、釕的原料包括鉑金屬、釕金屬及該二種金屬的氧化物、鹵化物；保護氣體包括氮氣、氬氣等惰性氣體；激光源優(yōu)選為對金屬吸收率較小的Nd:YAG激光源；快速冷卻可選用液氮形成低溫環(huán)境使氣體冷卻。
相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明直接利用含鉑、釕金屬的原料，無需預先制備含鉑、釕的膠體，所以，步驟相對較簡單，容易實現(xiàn)；且原料無需添加碳納米管等昂貴物質(zhì)，可降低制備成本。

圖1是本發(fā)明制備納米合金粉體的方法流程圖。
圖2是本發(fā)明用于制備納米合金粉體的裝置示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合說明書附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。
請先參閱圖1，是本發(fā)明制備納米合金粉體的方法流程圖，其包括以下步驟步驟1，提供含鉑、釕金屬的原料。含鉑金屬的原料包括鉑金屬，鉑金屬鹵化物(如PtCl2)，鉑金屬氧化物(如PtO)等；含釕金屬的原料包括釕金屬，釕氧化物(如RuO2)，或釕金屬鹵化物等。為符合鉑-釕合金的原子比的要求，可以控制原料的含量，例如，若要合金中Pt/Ru比值為1∶1，則控制原料中鉑金屬與釕金屬含量為1∶1即可。但是，為滿足燃料電池催化劑的需要，鉑-釕合金中Pt/Ru比值控制在1∶4至4∶1之間較為適合，最好控制該比值為1∶1。
步驟2，通入保護氣體。在發(fā)生反應之前，先通入保護氣體至反應室，可防止金屬氧化，同時也為滿足形成合金的壓力條件的需要。保護氣體包括氮氣、氬氣等惰性氣體。形成納米合金所需要的氣體壓力應根據(jù)溫度、金屬種類等因素而定，本實施方式大約為500托(torr)。
步驟3，用激光加熱原料使之氣化。反應室經(jīng)過保護氣體的凈化以后，在保護氣體形成的壓力條件下，發(fā)射激光加熱原料使其蒸發(fā)為氣體。氣化之后，鉑原子與釕原子互相碰撞，才有機會形成合金。
步驟4，急冷形成合金粉體。通過急冷使鉑原子與釕原子結(jié)合形成鉑-釕納米合金粉體，急冷可利用液氮冷卻實現(xiàn)。
請參閱圖2，本發(fā)明納米合金粉體制備裝置的示意圖。該制備裝置9包括一反應腔10，一入射腔20，一冷卻腔30。其中，該反應腔10的底端設置一帶有閥門12的進氣口11，用以通入保護氣體；反應腔10內(nèi)部設置有耐熱舟15，用以放置反應物，該耐熱舟15是由一基底13支撐，以隔絕熱量，防止熱量傳遞至反應腔10外壁；本實施例選用鉑金屬16及氧化釕17為原料，氧化釕17的分子式為RuO2，為有利于反應進行，可將鉑金屬16及氧化釕17粉碎為顆粒狀。為導引激光束24，反應腔10內(nèi)可進一步設置二反射鏡18、19。
入射腔20是設置于反應腔10的一端，且與該反應腔10形成密封設計。該入射腔20包括一水平放置的圓柱形主體(圖未標示)及一與該主體相連通的錐形腔25，且該錐形腔25是伸入反應腔10內(nèi)部。錐形腔25的設計可防止反應腔10內(nèi)氣體倒流至該入射腔20。另外，該主體設置有一帶有閥門22的進氣口21及一透鏡23。該進氣口21是用以通入保護氣體，可防止氣體倒流。該透鏡23設置于該主體的外端面，它是用ZnSe材料制備，這種材料有利于激光能量穩(wěn)定。
冷卻腔30設置于反應腔10的另一端，且與反應腔10連通。該冷卻腔30外端面設置有一出口33，保護氣體可由此出口33流出；冷卻腔30周圍被液氮32包圍，以形成低溫環(huán)境；冷卻腔30內(nèi)設置有收集板31，用以收集反應生成的納米合金產(chǎn)物。
制備納米合金之前，將反應物鉑金屬16及氧化釕17按一定比例配置，置于耐熱舟15內(nèi)，調(diào)節(jié)反射鏡18、19的位置，使得入射腔20入射的激光束24可經(jīng)由此二反射鏡18、19反射至耐熱舟15加熱反應物。然后打開并調(diào)節(jié)閥門12及22，輸入保護氣體，如氮氣、氬氣或其混合物。待反應腔10內(nèi)被保護氣體充滿，并達到所需壓力時，打開Nd:YAG激光源(圖未標示)，其波長為1064納米，激光束24由透鏡23輸入，經(jīng)過入射腔20、反射鏡18及19，最后照射到反應物鉑金屬16及氧化釕17，加熱使其蒸發(fā)形成氣體(圖未標示)；因入射腔20有保護氣體通入，加上錐形腔25的特殊設計，使得蒸發(fā)的氣體不會由錐形腔25倒流至入射腔20，從而防止蒸發(fā)的氣體污染透鏡23致使其被燒毀的危險。在氣體壓力差作用下，蒸發(fā)的氣體由反應腔10流至低溫環(huán)境的冷卻腔30，快速冷卻過程使得氣態(tài)的反應物生成納米合金粉體，并落入收集板31的表面。保護氣體由出口33流出，以維持反應腔10內(nèi)部氣體壓力穩(wěn)定。
上述實施方式使用Nd:YAG激光源，這種激光源對金屬吸收是數(shù)較小，有利于充分利用激光能量。所屬技術領域的普通技術人員應當明白，本發(fā)明也可利用其它激光源加熱，不限于本實施方式；且反應物也不限于鉑金屬及氧化釕，含鉑、釕的其它反應物亦可適用本發(fā)明；實現(xiàn)急冷不限于使用液氮，其它能提供所需低溫環(huán)境的方式，均可適于本發(fā)明。
權利要求
1.一種納米合金粉體的制備方法，其特征在于包括下列步驟步驟一，提供含鉑、釕的原料，并將該原料混合置于一反應室內(nèi)；步驟二，通入保護氣體至該反應室內(nèi)，并保持一定氣壓；步驟三，發(fā)射激光加熱含鉑、釕的原料，使其蒸發(fā)為氣體；步驟四，將蒸發(fā)的氣體快速冷卻，形成納米合金粉體。
2.根據(jù)權利要求1所述的納米合金粉體的制備方法，其特征在于該含鉑原料包括鉑金屬、鉑金屬鹵化物及鉑金屬氧化物。
3.根據(jù)權利要求1所述的納米合金粉體的制備方法，其特征在于該含釕原料包括釕金屬、釕氧化物及釕金屬鹵化物。
4.根據(jù)權利要求1所述的納米合金粉體的制備方法，其特征在于該含鉑、釕的原料中，鉑金屬與釕金屬的含量比在1∶4至4∶1范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求4所述的納米合金粉體的制備方法，其特征在于所述鉑金屬與釕金屬的含量比為1∶1。
6.根據(jù)權利要求1所述的納米合金粉體的制備方法，其特征在于該含鉑、釕金屬的原料為粉體狀。
7.根據(jù)權利要求1所述的納米合金粉體的制備方法，其特征在于該保護氣體包括氮氣及氬氣。
8.根據(jù)權利要求1所述的納米合金粉體的制備方法，其特征在于該保護氣體形成的氣壓為500托。
9.根據(jù)權利要求1所述的納米合金粉體的制備方法，其特征在于該激光源包括Nd:YAG激光。
10.根據(jù)權利要求1所述的納米合金粉體的制備方法，其特征在于步驟四是利用液氮實現(xiàn)快速冷卻。
全文摘要
一種鉑－釕納米合金粉體的制備方法，其包括下列步驟提供含鉑、釕的原料，并將該原料混合置于一反應室內(nèi)；通入保護氣體至該反應室內(nèi)，并保持一定氣壓；用Nd:YAG激光源加熱含鉑、釕的原料，使其蒸發(fā)為氣體；將蒸發(fā)的氣體快速冷卻，形成鉑－釕納米合金粉體。本發(fā)明步驟相對較簡單，容易實現(xiàn)，且原料無需添加碳納米管等昂貴物質(zhì)，可降低制備成本。
文檔編號B22F9/30GK1618553SQ20031011231
公開日2005年5月25日 申請日期2003年11月19日 優(yōu)先權日2003年11月19日
發(fā)明者翁維襄 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司