燃料電池因零排放和高能效而備受關注，卻因燃料電池價格高昂而推廣受阻，其中一個重要原因在于燃料電池需要昂貴的鉑（Pt）作催化劑。因此，如何提高催化劑的活性和穩(wěn)定性，減少貴金屬的載量，有效降低電池的制造成本已成為一個突出的研究課題。

最近幾年，全世界的研究主要集中在通過合金，將鉑同其他更為廉價的金屬結合形成合金，在降低催化劑價格的前提下，保持性能不降低。另一個改進方法是開發(fā)中空、籠形、多孔材料，以便在其中加入更少量的貴金屬催化劑。因此，通過氧化亞銅原位合成Pt納米粒子并由此展開對其氧還原性質(zhì)和催化性質(zhì)的研究是有很高的潛在利益的。

通過納米CuO原位合成Pt納米粒子實驗

由本^所制備CuO納米晶體結構為八面體型，結構規(guī)整，分散均勻。利用CuO納米與PtCl離子之間的電化置換過程，開發(fā)了一種由2-3納米Pt納米粒子組成的自支撐Pt納米結構的新合成方法。

合成Pt納米粒子實驗原理

在實驗中，在將CuO納米晶體加入PtCl反應體系中之后，其中反應物界面處材料的凈定向流動可能導致產(chǎn)物中形成空隙。在這種方法中，從內(nèi)部結構到表面的銅離子的擴散速率比從表面到內(nèi)部結構的鉑離子的擴散速度快，最終導致顆粒中形成空隙。此外，剩余的CuO核心可以通過氨或酸去除，從而形成中空結構。

選擇CuO作為犧牲模板在CuO表面形成Pt納米粒子的驅(qū)動力可歸因于CuO表面上的還原電位CuO/Cu²⁺和PtCl^-對。一旦PtCl^-在水溶液中與CuO模板接觸，它將立即在CuO表面被還原并快速成核，從而生長成團簇并進一步成為Pt納米粒子。

合成Pt納米粒子實驗步驟

通過上述制備的Cu20納米在5ml的DI水中進行了超聲再分散。在磁性攪拌下，將160μl的KPtCl水溶液加入CuO懸浮液中。在這個階段，沒有反應被觀察到溶液仍然是橙色（棕色）。為了初始化反應，在反應系統(tǒng)中加入了0.1ml的有機或無機酸。溶液立刻變暗，然后變黑，表明了Pt粒子的形成。用離心法、離心法和乙醇進行離心分離后，得到了1h的反應。

通過第一組的顯微圖像，當我們用160微升的KPtCl加入納米氧化亞銅中，再加入10%1ml的酸反應后我們可以看出此時得到的Pt納米粒子粒徑減小，空間結構被打散，晶體核脫落，比表面積增大，表面原子配位不飽和性導致大量的懸空鍵和不飽和鍵等，這就使得納米粒子具有高的表面活性（化學反應速率）。且它的空間構型更符合Pt納米粒子的中空白支撐性及可互相連接的多孔結構T35whD8yY2HVzdseRw7ZC0q6UyYimYgmSvhyawiuYgI=。

第二組我們加入的KPtCl和酸的用量相同，但是圖像的反應時間不同，我們發(fā)現(xiàn)5min時它的結構開始被打散，比表面積有增大的趨勢，預計時間越長結構越近似于第一組的圖像。

結論一：反應時間對合成Pl納米粒子的影響。

我們討論反應時間對合成Pt納米粒子的影響。時間越長，反應越徹底，合成的空間構型更符合Pt納米粒子的中空白支撐性及可互相連接的多孔結構。

通過第四組的圖像與第一組相對比我們可以看出，當酸的濃度降低為2%而其他條件不變時，我們可以很明顯地看出它的結構沒有那么松散，中空結構不多，自支撐及可互相連接處沒有第一組那么多，依稀可見納米氧化亞銅原料的八面體結構。

結論二：滴加酸的濃度對合成Pt納米粒子的影響。

滴加酸的濃度對合成Pt納米粒子的影響。酸的濃度越大，合成的空間構型更符合Pt納米粒子的中空白支撐性及可互相連接的多孔結構。

由第五六七組圖像我們可以得出，這次合成的納米粒子結構很明顯的沒有前四組結構合成的明顯，反而更像是納米氧化亞銅的狀態(tài)，很明顯KPtCl不能過少。所以隨著KptCl的用量越來越少，合成反應過程中空間構型的分散越來越不明顯，結構也未發(fā)現(xiàn)明顯中空，后三組的圖像更是近似于納米氧化亞銅的空間構型圖像，反應量級太少，Pt納米粒子未成形。

結論三：滴加KPtCl的用量對合成Pt納米粒子的影響。

滴加KPtCl的用量，在控制酸的濃度及其他變量的基礎上，它對于此次合成實驗的影響最為重大，我們通過第一組和第三組，還有第五組和第六組和之后的圖像對比發(fā)現(xiàn)，得出在其他條件不變的情況下，KPtCl的用量越多，合成的空間構型更符合新型Pt納米粒子的中空自支撐性及可互相連接的多孔結構。

綜上所述，從CuO中通過一種新穎的電流替代途徑，制備了有獨特的自支撐的相互連接和多孔結構的Pt納米粒子。我們的結果表明，H⁺離子對于納米氧化亞銅初始化原位合成反應是至關重要的，這一合成過程消除了任何聚合物蓋層劑的使用，并使其催化清潔Pt表面。Pt納米粒子的中空白支撐性及可互相連接的多孔結構對于Pt納米粒子的催化氧還原性質(zhì)產(chǎn)生一定的良好影響。