一种介孔铂钯金电催化剂及其制备方法技术

技术编号:20923636 阅读:26 留言:0更新日期:2019-04-20 11:14
一种铂钯金纳米介孔电催化剂及其制备方法,分别配浓度在5~40mM之间的亚氯铂酸钾、氯钯酸钠和氯金酸溶液,浓度在1~10M之间的盐酸溶液和浓度在0.02~0.5M之间的抗坏血酸溶液;分别取总体积为4mL的亚氯铂酸钾、氯钯酸钠和氯金酸溶液混合,然后加入10~200μL的盐酸溶液,再加入10~100mg之间的F127,超声使其完全溶解;最后再加入1~5mL的抗坏血酸溶液;溶液混合均匀后,置于超声波清洗机中加热到20~60℃之间,反应1~6h后,用超纯水洗涤、离心收集产物后干燥,得到铂钯金纳米介孔电催化剂。本发明专利技术制备工艺简单,反应时间较短,具有优异的电催化甲醇氧化反应的性能。

A mesoporous platinum-palladium-gold electrocatalyst and its preparation method

A platinum-palladium-gold Nano-mesoporous electrocatalyst and its preparation method were prepared by mixing potassium chloroplatinate, sodium palladium chloride and chloroauric acid solutions with a concentration of 5-40 mM, hydrochloric acid solutions with a concentration of 1-10 M and ascorbic acid solutions with a concentration of 0.02-0.5 M, respectively. Potassium chloroplatinate, sodium palladium chloride and chloroauric acid solutions with a total volume of 4 mL were mixed, and then 10-200 mL salts were added. The acid solution was added with F127 between 10 and 100 mg to dissolve completely by ultrasound. Finally, ascorbic acid solution of 1 to 5 ml was added. After homogeneous mixing, the solution was heated in an ultrasonic cleaner to 20 to 60 C. After 1 to 6 hours of reaction, the product was washed with ultra-pure water, centrifuged and dried to obtain Pt-Pd-Au Nano-mesoporous electrocatalysts. The invention has simple preparation process, short reaction time and excellent electrocatalytic methanol oxidation reaction performance.

【技术实现步骤摘要】
一种介孔铂钯金电催化剂及其制备方法(一)
本专利技术涉及一种介孔铂钯金电催化剂及其制备方法,该催化剂可用于电化学催化甲醇氧化反应的研究。(二)
技术介绍
直接甲醇燃料电池作为一种储能转换装置,可将甲醇燃料的化学能转换为电能,具有转换效率高,节能环保等优点,得到了广泛的关注。在阳极甲醇氧化过程中通常以贵金属铂作为电催化剂,其高昂的价格限制了直接甲醇燃料电池的广泛应用。因此目前许多研究都致力于在维持催化剂稳定性的前提下降低铂在催化剂中的用量和提高其利用率。从这方面来说,将铂与其他相对便宜的贵金属(例如钯、金、银、钌)或非贵金属元素(例如铁、铜、钴、镍)结合形成铂为基础的双金属或多金属材料是一种很好的选择(L.Wang,Y.NemotoandY.Yamauchi,DirectSynthesisofSpatially-ControlledPt-on-PdBimetallicNanodendriteswithSuperiorElectrocatalyticActivity.J.Am.Chem.Soc.2011,133,9674–9677)。以多金属组分为例,目前已经报道了铂钯铜、铂钯铁、铂钯钌、铂铜钴镍等,在电催化甲醇氧化反应中均表现出优异的性能。与单金属或双金属组分相比,三金属和多金属组分更有利于在提高催化剂性能的同时降低铂的用量(S.Fu,C.Zhu,D.DuandY.Lin,EnhancedElectrocatalyticActivitiesofPtCuCoNiThree-DimensionalNanoporousQuaternaryAlloysforOxygenReductionandMethanolOxidationReactions.ACSAppl.Mater.Interfaces2016,8,6110-6116)。除了元素成分,样品形貌在催化剂性能中也起着重要作用,因此许多研究者致力于通过调节催化剂形貌结构来提高其催化活性。与实心结构的材料相比,多孔纳米电催化剂具有较大的比表面积和相互连通的孔隙结构,其物理和化学性能均有显著提升(B.Jiang,C.Li,V.Malgras,M.Imura,S.TominakaandY.Yamauchi,MesoporousPtNanosphereswithDesignedPoreSurfaceasHighlyActiveElectrocatalyst.Chem.Sci.,2016,7,1575–1581)。尽管已有许多关于合成铂为基础的介孔材料的报道,这些方法主要集中于合成单金属或双金属,关于介孔多金属组分的报道则比较少,而且这些方法多集中于硬模板法,初湿浸渍法,电化学沉积法等,操作步骤较为繁琐(B-S.Choi,Y.W.Lee,S.W.Kang,J.W.Hong,J.Kim,I.ParkandS.W.Han,MultimetallicAlloyNanotubeswithNanoporousFramework.ACSNano,2012,6(6),5659–5667)。因此,如何以简单有效的方法制备出以铂为基础的多金属介孔纳米材料,是一个值得研究的课题。(三)
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种介孔铂钯金电催化剂及其制备方法,以及对催化甲醇氧化反应进行研究。本专利技术采用的技术方案是:一种介孔铂钯金电催化剂,由如下方法制备:(1)分别配浓度在5~40mM之间的亚氯铂酸钾、氯钯酸钠和氯金酸溶液,浓度在1~10M之间的盐酸溶液和浓度在0.02~0.5M之间的抗坏血酸溶液;(2)分别取总体积为4mL的亚氯铂酸钾、氯钯酸钠和氯金酸溶液混合,然后加入10~200μL的盐酸溶液,再加入10~100mg之间的F127,超声使其完全溶解;最后再加入1~5mL的抗坏血酸溶液;(3)溶液混合均匀后,置于超声波清洗机中加热到20~60℃之间,反应1~6h后,用超纯水洗涤、离心收集产物后干燥,得到介孔铂钯金电催化剂。反应条件的选择对制备铂钯金的结构具有重要影响,在反应过程中,三嵌段共聚物F127起着重要作用。由于其具有两端亲水中间疏水的结构特点,在反应过程中既起着结构导向作用又能有效阻止纳米粒子的团聚。另外,在反应中加入盐酸,可以有效地调节溶液的pH,从而减慢金属前驱体的还原速率,更加有利于纳米介孔结构的形成。在制备过程中,改变氯金酸的加入量可以控制铂钯金的形貌和结构。一种介孔铂钯金电催化剂的制备方法,所述方法包括如下步骤:(1)分别配浓度在5~40mM之间的亚氯铂酸钾、氯钯酸钠和氯金酸溶液,浓度在1~10M之间的盐酸溶液和浓度在0.02~0.5M之间的抗坏血酸溶液;(2)分别取总体积为4mL的亚氯铂酸钾、氯钯酸钠和氯金酸溶液混合,然后加入10~200μL的盐酸溶液,再加入10~100mg之间的F127,超声使其完全溶解;最后再加入1~5mL的抗坏血酸溶液;(3)溶液混合均匀后,置于超声波清洗机中加热到20~60℃之间,反应1~6h后,用超纯水洗涤、离心收集产物后干燥,得到介孔铂钯金电催化剂。进一步,控制亚氯铂酸钾、氯钯酸钠、氯金酸、盐酸和抗坏血酸的浓度和体积,F127的量,以及反应的温度和时间来控制铂钯金的形貌和结构。在常温常压下进行电化学催化甲醇氧化反应,具体性能测试操作过程为:(1)将干燥后的粉末样品超声溶解分散在超纯水中,得到1~5mg/mL的均匀溶液,取1~10μL溶液滴在玻碳电极表面,放在烘箱中50℃干燥,然后滴加1~10μLNafion溶液(0.5wt%)覆盖在催化剂表面,制成工作电极。同时用铂丝电极作为对电极,Ag/AgCl电极作为参比电极组成三电极系统进行电催化甲醇氧化测试;(2)在测试前,先配制0.5M硫酸和0.5M硫酸+1M甲醇电解液。选择循环伏安法的测试程序,设置扫速为50mVs-1,先在硫酸溶液中扫描20圈使催化剂活化,再在硫酸+甲醇溶液中进行电化学性能测试,用计算机监视工作电极的电流变化情况。最后根据测得的数据和相应的公式计算出电化学活性面积,质量活性和特异性活性来评价催化剂在催化甲醇氧化反应过程中的性能。本专利技术所提供的介孔铂钯金电催化剂及其制备方法的优势主要体现在:(1)合成方法简单,通过一步法可直接得到产物,反应条件温和,介孔结构产物产率高。(2)通过改变前驱体的浓度和体积可以调控铂钯金的形貌和结构。(3)合成的铂钯金纳米介孔电催化剂在甲醇氧化反应中展现了优异的活性和很好的稳定性,铂基介孔材料作为甲醇氧化反应的电催化剂具有很大的应用前景。(四)附图说明图1为本专利技术的具体实施例1铂钯金纳米介孔粒子的SEM图。图2为本专利技术的具体实施例1铂钯金纳米介孔粒子的TEM和HRTEM图。图3为本专利技术的具体实施例1铂钯金纳米介孔粒子的XRD图。图4为本专利技术的具体实施例1铂钯金纳米介孔粒子在0.5M硫酸+1M甲醇电解液得到的循环伏安曲线,分别用电化学活性面积和催化剂中铂的质量归一化得到特异性活性和质量活性,以及极谱电流时间曲线。图5为本专利技术的具体实施例2铂钯纳米介孔粒子的SEM图。图6为本专利技术的具体实施例2铂钯纳米介孔粒子在0.5M硫酸+1M甲醇电解液得到的循环伏安曲线、特异性活性和质量活性,以及极谱电流时间曲线。(五)具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行进一步描述本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种介孔铂钯金电催化剂,由如下方法制备:(1)分别配浓度在5~40mM之间的亚氯铂酸钾、氯钯酸钠和氯金酸溶液,浓度在1~10M之间的盐酸溶液和浓度在0.02~0.5M之间的抗坏血酸溶液;(2)分别取总体积为4mL的亚氯铂酸钾、氯钯酸钠和氯金酸溶液混合,然后加入10~200μL的盐酸溶液,再加入10~100mg之间的F127,超声使其完全溶解;最后再加入1~5mL的抗坏血酸溶液;(3)溶液混合均匀后,置于超声波清洗机中加热到20~60℃之间,反应1~6h后,用超纯水洗涤、离心收集产物后干燥,得到介孔铂钯金电催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种介孔铂钯金电催化剂,由如下方法制备:(1)分别配浓度在5~40mM之间的亚氯铂酸钾、氯钯酸钠和氯金酸溶液,浓度在1~10M之间的盐酸溶液和浓度在0.02~0.5M之间的抗坏血酸溶液;(2)分别取总体积为4mL的亚氯铂酸钾、氯钯酸钠和氯金酸溶液混合,然后加入10~200μL的盐酸溶液,再加入10~100mg之间的F127,超声使其完全溶解;最后再加入1~5mL的抗坏血酸溶液;(3)溶液混合均匀后,置于超声波清洗机中加热到20~60℃之间,反应1~6h后,用超纯水洗涤、离心收集产物后干燥,得到介孔铂钯金电催化剂。2.一种如权利要求1所述的介孔铂钯金电催化剂的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:(1)分别配浓度在...

【专利技术属性】
技术研发人员:王亮李春洁王自强薛海荣许友王鸿静
申请(专利权)人:浙江工业大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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