本发明专利技术提供了一种应用于燃料电池中的苯骈三氮唑修饰的碳载体负载钯基催化剂的制备方法，是将碳材料与苯骈三氮唑溶解于有机溶剂中搅拌处理2~24h，除去溶剂，干燥，得苯骈三氮唑修饰的碳载体；将氯化钯或氯化钯与金属盐混合物溶解在质子性溶剂中，加入络合剂及苯骈三氮唑修饰的碳载体，高温反应一段时间后，冷却、水洗、干燥，即得修饰碳载体负载钯基催化剂。本发明专利技术制备的载体与传统C载体负载的钯基纳米颗粒相比，具有更好的催化性能和稳定性，而且制备工艺简单，价格低廉，是可应用于燃料电池的优异钯基催化剂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种修饰碳载体负载钯基催化剂的制备，尤其涉及一种苯骈三氮唑修饰的碳载体负载钯基催化剂的制备，属于燃料电池
技术介绍
高效低排放的燃料电池被公认是清洁的能量转换系统，但是催化剂是制约其商业化的一大制约因素。以铂基为代表的贵金属是最理想的催化剂。它对于燃料电池的阴极和阳极反应均具有催化活性，而且可长期工作。但铂等贵金属储量有限，价格昂贵，另外铂基催化剂电催化活性较低，易被中间产物毒化。因此，降低催化剂的成本，制备低贵金属负载量及高催化活性的催化剂是实现燃料电池商业化的关键。在催化剂领域，人们一方面寻找低贵金属量高催化活性的催化剂，研究特殊形貌、合金、核壳结构等组分不同或特殊结构的纳米粒子；另一方面寻找各种高性能的载体。燃料电池中应用最广泛的催化剂载体是碳粉(VulcanXC-72)。碳粉不仅价格低廉，制备简单，它还有以下特性：表面积大，导电性强，以及特殊的孔结构。但是在燃料电池启动和停止时，碳载体很容易被腐蚀，这会造成其表面负载的纳米粒子团聚，严重影响了催化剂的性能，从而降低了催化剂的寿命。由于修饰的碳载体可以改变载体与金属粒子间的相互作用，可改善纳米颗粒在载体上的分散，降低催化剂的起始电位，进而改善催化剂的活性和持久性。因此对碳材料进行修饰是提高催化剂性能的有效方法。目前，制备修饰碳载体常用的方法主要包括以下几种：化学气相沉积、高温热解、氮原子溅射等。虽然上述方法能有效改善碳载体的性能，提高催化剂的活性，但是也存在一定的缺陷，如所需温度过高，制备过程繁琐，成本较高，很难将其商业化。另外与铂相比，由于钯价格便宜、储量丰富、催化活性和抗中毒能力较高，从而引起了人们的广泛关注。因此，用钯代替铂，研制低成本，高活性和稳定性的催化剂是实现燃料电池商业化的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种苯骈三氮唑修饰的碳载体负载钯基催化剂的制备方法。一、苯骈三氮唑修饰的碳载体负载钯基催化剂的制备（1）苯骈三氮唑修饰的碳载体的制备：将碳材料与苯骈三氮唑（TBA）以0.5:1 ~ 20:1的质量比溶解于有机溶剂中，在20 ~ 60 ℃下搅拌反应2 ~ 24 h，除去溶剂，干燥，得苯骈三氮唑修饰的碳载体；有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、苯、甲苯、氯仿的至少一种；（2）负载钯基催化剂的制备：将氯化钯或氯化钯与金属盐混合物溶解在质子性溶剂中，加入络合剂分散均匀后搅拌20 ~ 60 min，调节pH=7 ~ 12；加入上述制备的苯骈三氮唑修饰的碳载体，搅拌、超声分散各30 ~ 80 min，然后在150 ~ 180 ℃下反应4 ~ 8 h，冷却、水洗、干燥，即得修饰碳载体负载钯基催化剂。所述金属盐为钴、镍、银、铁、锡、铜的氯化盐；氯化钯与金属盐以0.2:1 ~ 5:1的质量比混合；所述质子性溶剂为肼、乙二醇、丙三醇、硼氢化钠的水溶液或乙醇的水溶液；所述络合剂为三乙醇胺、柠檬酸钠、酒石酸钠、EGTA、六偏磷酸钠、EDTA；氯化钯或氯化钯与金属盐混合物和络合剂的质量比为0.2:1 ~ 5:1；上述氯化钯或氯化钯与金属盐混合物和苯骈三氮唑修饰的碳载体的质量比1:3~1: 6。二、修饰碳载体负载钯基催化剂的结构和性能下面以修饰碳载体负载钯纳米粒子为例，对催化剂（Pd/BTA-C）的结构和乙醇电催化性能进行说明。同时与相同方法制备的Pd/C催化剂进行比较。图1为Pd/BTA-C和Pd/C催化剂的X-射线衍射（XRD）图。从图1可以看出，本专利技术制备的Pd/BTA-C催化剂中存在Pd的面心立方结构的特征衍射峰，说明负载其上的钯纳米颗粒为面心立方结构。图2为Pd/BTA-C催化剂的透射电镜图。由图2可以看到，钯纳米粒子均匀地分布在修饰碳载体上，没有团聚现象。图3为Pd/BTA-C催化剂的粒径分布图。由图3可以看到，其平均粒径为4.2 + 0.3 nm。图4为Pd/BTA-C和Pd/C催化剂在0.1 M KOH溶液中的循环伏安测试。由图3的还原峰可以计算出两种催化剂的电化学活性面积，分别为312.78 cm2 / mg和582.98 cm2 / mg，说明Pd/BTA-C的电化学活性面积明显大于Pd/C。图5为Pd/BTA-C和Pd/C催化剂在0.1 M KOH + 0.5 M C2H5OH溶液中的循环伏安测试。从图4可以看出，Pd/BTA-C的起始电位与Pd/C相比不仅负移70 mV，而且其氧化峰电流密度为175.25 mA / mg Pd，是Pd/C催化剂的1.72倍。图6为Pd/BTA-C和Pd/C催化剂在0.1 M KOH + 0.5 M C2H5OH溶液中的计时电流图。结果表明3000 s后，Pd/BTA-C的电流密度为25.72 mA / mg Pd，Pd/C为19.53 mA / mg Pd（仅是Pd/BTA-C电流密度的75.9 %），同时与起始电流密度相比，Pd/BTA-C的衰减量为57.4 %，Pd/C的衰减量为69.7 %。说明Pd/BTA-C有着更好的稳定性。综上所述，本专利技术苯骈三氮唑修饰的碳载体负载钯基催化剂，有效提高了金属纳米颗粒的催化性能。另外，本专利技术的合成工艺简单，成本低廉，而且具有很好的催化活性和稳定性，是可应用于燃料电池中的优异的钯基催化剂。附图说明图1为Pd/BTA-C和Pd/C催化剂的X-射线衍射（XRD）图。图2为Pd/BTA-C催化剂的透射电镜图。图3为Pd/BTA-C催化剂的粒径分布图。图4为Pd/BTA-C和Pd/C催化剂在0.1 M KOH溶液中的循环伏安测试。图5为Pd/BTA-C和Pd/C催化剂在0.1 M KOH + 0.5 M C2H5OH溶液中的催化乙醇性能测试。图6为Pd/BTA-C和Pd/C催化剂在乙醇氧化反应中-0.2 V时的计时电流图及3000 s后对应的电流密度柱状图。图7为Pd/BTA-C和Pd/C催化剂乙醇氧化反应3000 s后对应的电流密度柱状图。具体实施方式下面通过具体实例对本专利技术钯基催化剂的制备及电催化性能作进一步说明。实施例1、Pd/BTA-C催化剂的制备在100 mL的圆底烧瓶中加入500 mg碳粉和100 mg苯骈三氮唑（BTA），用40 mL的乙醇溶解，搅拌18 h；除去溶剂后在50℃下干燥7 h，得到载体BTA-C；将41.68 mg氯化钯加入到100 mL圆底烧瓶中，用5~10滴浓盐酸溶解后加入30 mL的乙二醇，150 mg的柠檬酸钠，待完全溶解后搅拌反应1 h；调节pH=9后再加入100 mg上述制备的载体BTA-C，搅拌30 min，超声1 h；然后在160℃温度下回流反应6 h，冷却、抽滤、50℃下干燥，得Pd/BTA-C催化剂。在催化乙醇氧化的性能测试中， Pd/BTA-C催化剂氧化峰电流密度为175.25 mA / mg Pd，是Pd/C催化剂的1本文档来自技高网...
【技术保护点】
苯骈三氮唑修饰的碳载体负载钯基催化剂的制备方法，包括以下工艺步骤：（1）苯骈三氮唑修饰的碳载体的制备：将碳材料与苯骈三氮唑以0.5:1~20:1的质量比溶解于有机溶剂中，在20~60 ℃下搅拌处理2~24 h，除去溶剂，干燥，得苯骈三氮唑修饰的碳载体；（2）负载钯基催化剂的制备：将氯化钯或氯化钯与金属盐混合物溶解在质子性溶剂中，加入络合剂超声分散均匀后搅拌20~60 min，调节pH=7~12；加入苯骈三氮唑修饰的碳载体，搅拌、超声分散各30 ~ 80 min，然后在150~180 ℃下反应4~8 h，冷却、水洗、干燥，即得修饰碳载体负载钯基催化剂。
【技术特征摘要】
1.苯骈三氮唑修饰的碳载体负载钯基催化剂的制备方法，包括以下工艺步骤：
（1）苯骈三氮唑修饰的碳载体的制备：将碳材料与苯骈三氮唑以0.5:1~20:1的质量比溶解于有机溶剂中，在20~60 ℃下搅拌处理2~24 h，除去溶剂，干燥，得苯骈三氮唑修饰的碳载体；
（2）负载钯基催化剂的制备：将氯化钯或氯化钯与金属盐混合物溶解在质子性溶剂中，加入络合剂超声分散均匀后搅拌20~60 min，调节pH=7~12；加入苯骈三氮唑修饰的碳载体，搅拌、超声分散各30 ~ 80 min，然后在150~180 ℃下反应4~8 h，冷却、水洗、干燥，即得修饰碳载体负载钯基催化剂。
2.如权利要求1所述苯骈三氮唑修饰的碳载体负载钯基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的有机溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、苯、甲苯、氯仿的至少一种。
3.如权利要求1所述苯骈三氮唑修饰的碳载体负载钯基催化剂的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述金属盐为钴、镍、...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷自强，刘彦琴，王伟，杨艳，柴丹，康玉茂，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62
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