碳表面负载中空铂钌合金纳米粒子电催化剂及其制备方法
碳材料负载铂钌合金纳米粒子在燃料电池具有非常重要的应用，铂钌合金催化剂比单金属铂具有优异的抗一氧化碳中毒性能，因此被作为直接甲醇燃料电池和使用含有微量一氧化碳的氢气的燃料电池的重要电催化电极材料。XC-72纳米碳和碳纳米管具有高的比表面，作为催化剂载体得到了广泛的应用。XC-72纳米碳和碳纳米管负载的铂钌合金对甲醇具有良好的电催化性能。但是铂和钌的昂贵的价格使其实际应用受到了一定的限制。
由于中空结构的金属纳米粒子不仅具有比表面积高、密度较低的特点，而且与非中空金属纳米材料相比有着新的物理化学性能，同时中空结构的贵金属纳米粒子可以节约贵金属的使用量，降低材料的成本。因此，最近中空结构的金属纳米粒子的合成和应用研究引起了人们的极大兴趣。目前，这种中空金属纳米粒子的制备方法主要是基于一种模板方法。常用的模板有介孔氧化铝、聚乙烯纳米微球、硅球和囊泡等。这种方法首先是将金属在这些模板上还原出来，然后再通过一些加热或者是溶解的方法将模板除去，最后就得到了中空的金纳米结构。Sun等提出了一种合成中空贵金属纳米结构的方法(Metal nanostructureswith hollow interior，Adv.Mater.，2003，15：7-8)，这种方法的主要原理是基于金属间的置换反应，首先在溶液中用化学还原法合成出较为活泼的金属银纳米粒子，然后加入贵金属金、铂或者钯的盐前驱物，在100℃的条件下回流最后得到了金、铂或者钯的中空纳米结构。但是，到目前为止还没有发现碳负载中空的铂钌合金纳米粒子电催化剂的报道。
发明的碳表面负载中空铂钌合金纳米粒子电催化剂，其特征是负载在碳表面的铂钉合金纳米粒子为中空结构，铂钌合金组成的原子比表示为PtxRuy，其中X＝0.2～0.8，Y＝0.8～0.2，X+Y＝1，催化剂中铂钌合金纳米粒子的质量分数为9％～30％，其余为碳。
碳表面负载中空铂钌合金纳米粒子电催化剂的制备方法，其步骤如下：1)将钴盐溶解在去离子水中，配制浓度为0.002-0.006mol/L钴盐水溶液，加入适量的稳定剂，使稳定剂在钴盐水溶液中的浓度为0.002-0.006mol/L，通入氮气除去溶液中的氧；2)在氮气保护下，逐滴加入硼氢化钠的溶液，硼氢化钠与钴盐的摩尔比为1∶1～1∶1.1，反应30～50分钟使溶液中的钴离子还原为金属纳米粒子，然后再逐滴加入铂盐和钌盐的混合溶液，继续搅拌反应30～60分钟，混合溶液中铂盐的浓度为0.002～0.05mol/L，钌盐的浓度为0.0005～0.05mol/L，铂盐与钌盐物质量之和与钴盐物质量的比例为1∶2～1∶3；3)加入碳载体搅拌1～2小时，经过滤、洗涤、烘干，获得在碳表面负载中空铂钌合金纳米粒子电催化剂。