一种具有高活性钯纳米绒球催化剂及其制备方法技术

一种具有高活性钯纳米绒球催化剂及其制备方法，它属于高效钯纳米催化剂的制备领域。本发明专利技术涉及一种水相无晶种合成钯纳米绒球催化剂的方法，并对其在甲醇电化学氧化反应中的催化性能进行评价，主要解决了钯纳米颗粒制备过程复杂，电化学活性较差的问题。本发明专利技术以溴化十六烷基吡啶为保护剂，抗坏血酸为还原剂，将钯盐前驱体溶液与HDPB溶液均匀混合后，在一定温度下加入AA溶液还原一定时间，制得钯纳米绒球催化剂。与传统方法制备的钯纳米颗粒催化剂相比，此方法制得的钯纳米绒球具有特定的绒球状形貌，分散均匀，且内部存在孔道结构，具有更多的活性位点，从而表现出更高的电催化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高活性钯纳米绒球催化剂及其制备方法
本专利技术属于高效钯纳米催化剂的制备领域；具体涉及一种具有高活性钯纳米绒球催化剂及其制备方法。
技术介绍
直接甲醇燃料电池(DMFC)是质子交换膜燃料电池的一种，它直接使用甲醇而无需预先重整，燃料使用便利且电池结构简单。铂纳米催化剂是最常用的高效、稳定、耐久的DMFC催化剂，但其价格昂贵，因此研制具有活性相当，价格较低的贵金属催化剂以降低其成本具有重要意义。钯作为铂的同系金属，具有相似的化学性质，价格相对低廉，但电化学活性也较低，因而高活性钯纳米催化剂的开发和制备极具潜力。钯纳米催化剂的催化性能取决于颗粒尺寸，形貌和结构等许多因素，通过改变这些因素可以在本质上调控钯纳米催化剂的性能以适应不同的应用。其中改善表面结构是改变钯纳米晶体表面的原子排列方式，从而改变参与反应分子的吸附和活化过程，进而达到调控其催化性能的目的，其方法有制备表面能较高的晶面裸露的钯纳米晶体等。目前，钯纳米催化剂大多为球形颗粒，在甲醇电化学反应中活性较低，而具有特定结构的钯纳米催化剂大多制备过程较为复杂。
技术实现思路
本专利技术目的是提供了一种具有高活性钯纳米绒球催化剂及其制备方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1、将钯盐、溴化十六烷基吡啶、抗坏血酸分别溶于去离子水中，配置成钯盐前驱体溶液、溴化十六烷基吡啶溶液、抗坏血酸溶液，待用；步骤2、将步骤1配置好的钯盐前驱体溶液和溴化十六烷基吡啶溶液加入到去离子水中搅拌5～15min，再加入抗坏血酸溶液，搅拌条件下控制反应温度为30～60℃，反应时间0.5～4h，所述的钯盐前驱体溶液、溴化十六烷基吡啶溶液、抗坏血酸溶液和去离子水的体积比为2～8：0.1～0.7：1～4：27.3～56.9，反应后的溶液待用；步骤3、将步骤2反应后的溶液进行离心处理，去除上清液，用去离子水洗涤3～5次所得沉淀物，将洗涤后的沉淀物超声分散于无水乙醇中，制得所述的具有高活性钯纳米绒球催化剂。本专利技术所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，步骤1中所述的钯盐为Na2PdCl4、K2PdCl4、H2PdCl4、Pd(NO3)2中的任意一种。本专利技术所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，步骤1中钯盐前驱体溶液的浓度为0.01mol/L、溴化十六烷基吡啶溶液的浓度为0.1mol/L、抗坏血酸溶液的浓度为0.1mol/L。本专利技术所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，步骤2中钯盐前驱体溶液的加入体积为2～8mL，溴化十六烷基吡啶溶液的加入体积为0.1～0.7mL，去离子水的加入体积为27.3～56.9mL，抗坏血酸溶液的加入体积为1～4mL。本专利技术所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，步骤2中钯盐前驱体溶液的加入体积为5mL，溴化十六烷基吡啶溶液的加入体积为0.3mL，去离子水的加入体积为42mL，抗坏血酸溶液的加入体积为2mL。本专利技术所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，步骤2中控制搅拌转速100～500r/min，反应温度50℃，反应时间3h。本专利技术所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，步骤3中离心转速12000rpm，离心时间4min。本专利技术所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，去离子水洗涤3次，洗涤后的沉淀物超声分散于10～100倍体积的无水乙醇中，超声分散功率为10～20kHz，超声时间10～20min。本专利技术所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法制备的具有高活性钯纳米绒球催化剂，所述的具有高活性钯纳米绒球催化剂具有绒球状形貌，分散均匀，且绒球内部存在孔道结构，具有高活性钯纳米绒球催化剂的粒径尺寸为40～60nm，内部孔道直径为1.5～2.5nm。本专利技术利用水相无晶种法和表面活性剂的保护下，制备方法简便，制得了具有绒球状形貌的钯纳米催化剂，且内部存在孔道结构，与传统方法相比，此方法制得的钯纳米绒球催化剂具有更多的活性位点，具有高活性钯纳米绒球催化剂表面存在缺陷和高指数晶面，具有111、200、220、311、222晶面，能够为催化反应提供了更多的活性位点，在甲醇电化学氧化反应中表现出了更高的催化活性。附图说明图1为具体实施方式一方法制备的具有高活性钯纳米绒球催化剂的4万倍的TEM照片；图2为具体实施方式一方法制备的具有高活性钯纳米绒球催化剂的10万倍的TEM照片；图3为具体实施方式一方法制备的具有高活性钯纳米绒球催化剂的HRTEM照片；图4为具体实施方式一方法制备的具有高活性钯纳米绒球催化剂的XRD图谱；图5为具体实施方式一方法制备的具有高活性钯纳米绒球催化剂和商用Pd/C催化剂的甲醇氧化循环伏安对比曲线。具体实施方式具体实施方式一：一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1、将钯盐、溴化十六烷基吡啶、抗坏血酸分别溶于去离子水中，配置成钯盐前驱体溶液、溴化十六烷基吡啶溶液、抗坏血酸溶液，待用；步骤2、将步骤1配置好的钯盐前驱体溶液和溴化十六烷基吡啶溶液加入到去离子水中搅拌10min，再加入抗坏血酸溶液，搅拌条件下控制反应温度为50℃，反应时间3h，所述的钯盐前驱体溶液、溴化十六烷基吡啶溶液、抗坏血酸溶液和去离子水的体积比为5：0.3：2：42，反应后的溶液待用；步骤3、将步骤2反应后的溶液进行离心处理，去除上清液，用去离子水洗涤3次所得沉淀物，将洗涤后的沉淀物超声分散于无水乙醇中，制得所述的具有高活性钯纳米绒球催化剂。本实施方式所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，步骤1中所述的钯盐为Na2PdCl4。本实施方式所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，步骤1中钯盐前驱体溶液的浓度为0.01mol/L、溴化十六烷基吡啶溶液的浓度为0.1mol/L、抗坏血酸溶液的浓度为0.1mol/L。本实施方式所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，步骤2中钯盐前驱体溶液的加入体积为5mL，溴化十六烷基吡啶溶液的加入体积为0.3mL，去离子水的加入体积为42mL，抗坏血酸溶液的加入体积为2mL。本实施方式所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，步骤2中控制搅拌转速100r/min，反应温度50℃，反应时间3h。本实施方式所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，其特征在于：步骤3中离心转速12000rpm，离心时间4min。本实施方式所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，去离子水洗涤3次，洗涤后的沉淀物超声分散于10～100倍体积的无水乙醇中，无水乙醇为3mL，超声分散功率为10kHz，超声时间10min。本实施方式所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法制备的具有高活性钯纳米绒球催化剂，所述的具有高活性钯纳米绒球催化剂具有绒球状形貌，分散均匀，且绒球内部存在孔道结构。本实施方式所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法制备的具有高活性钯纳米绒球催化剂，图1为本实施方式方法制备的具有高活性钯纳米绒球催化剂的4万倍的TEM照片，图2为本实施方式方法制备的具有高活性钯纳米绒球催化剂的10万倍的TEM照片，从图1、图2中能够看出，具有高活性钯纳米绒球催化剂具有绒球状形貌，分散均匀，且绒球本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、将钯盐、溴化十六烷基吡啶、抗坏血酸分别溶于去离子水中，配置成钯盐前驱体溶液、溴化十六烷基吡啶溶液、抗坏血酸溶液，待用；步骤2、将步骤1配置好的钯盐前驱体溶液和溴化十六烷基吡啶溶液加入到去离子水中搅拌5～15min，再加入抗坏血酸溶液，搅拌条件下控制反应温度为30～60℃，反应时间0.5～4h，所述的钯盐前驱体溶液、溴化十六烷基吡啶溶液、抗坏血酸溶液和去离子水的体积比为2～8：0.1～0.7：1～4：27.3～56.9，反应后的溶液待用；步骤3、将步骤2反应后的溶液进行离心处理，去除上清液，用去离子水洗涤3～5次所得沉淀物，将洗涤后的沉淀物超声分散于无水乙醇中，制得所述的具有高活性钯纳米绒球催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、将钯盐、溴化十六烷基吡啶、抗坏血酸分别溶于去离子水中，配置成钯盐前驱体溶液、溴化十六烷基吡啶溶液、抗坏血酸溶液，待用；步骤2、将步骤1配置好的钯盐前驱体溶液和溴化十六烷基吡啶溶液加入到去离子水中搅拌5～15min，再加入抗坏血酸溶液，搅拌条件下控制反应温度为30～60℃，反应时间0.5～4h，所述的钯盐前驱体溶液、溴化十六烷基吡啶溶液、抗坏血酸溶液和去离子水的体积比为2～8：0.1～0.7：1～4：27.3～56.9，反应后的溶液待用；步骤3、将步骤2反应后的溶液进行离心处理，去除上清液，用去离子水洗涤3～5次所得沉淀物，将洗涤后的沉淀物超声分散于无水乙醇中，制得所述的具有高活性钯纳米绒球催化剂。2.根据权利要求1所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的钯盐为Na2PdCl4、K2PdCl4、H2PdCl4、Pd(NO3)2中的任意一种。3.根据权利要求1所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1中钯盐前驱体溶液的浓度为0.01mol/L、溴化十六烷基吡啶溶液的浓度为0.1mol/L、抗坏血酸溶液的浓度为0.1mol/L。4.根据权利要求1所述的一种具有高活性钯纳米绒球催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：白雪峰，崔泽琳，吕宏飞，李晓鹏，关悦瑜，
申请(专利权)人：黑龙江省科学院石油化学研究院，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23