一种三维大孔结构二氧化钼负载钯颗粒材料及其合成方法技术

本发明专利技术公开一种三维大孔结构二氧化钼负载钯颗粒材料及其合成方法，二氧化钼与钯的质量比为20:(0.06-0.6)，二氧化钼的孔径为200—400nm，钯颗粒为5—10nm，利用有序排列的聚甲基丙烯酸甲酯微球胶晶模板制备三维大孔二氧化钼结构，在三维大孔二氧化钼结构上进行钯颗粒的负载。本发明专利技术实施费用低、操作简便，污染低，是一种高效经济的合成方法，同时本发明专利技术的材料结构稳定且具有电催化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种三维大孔结构二氧化钼负载钯颗粒材料及其合成方法
本专利技术涉及一种新型纳米材料及其合成方法，尤其涉及一种三维大孔结构二氧化钼负载钯颗粒材料及其合成方法。
技术介绍
过渡金属氧化物Mo02属于单斜晶系，具有畸变的金红石晶体结构，Mo02是拥有高电导率、高熔点、高化学稳定性的过渡金属氧化物，其高效的电荷传输特性使它在催化剂、传感器、电致变色显示器、记录材料、电化学超级电容器、Li离子电池以及场发射材料等方面应用前景广泛。层状结构MoO2具有低电阻率，高的电化学活性和高稳定性，表现出良好的催化性能，在催化材料应用方面范围越来越广泛，并且在电催化析氢领域已经有所应用。但由于不可逆体积膨胀可导致塑性变形和性能下降，所以有必要在其结构上作进一步研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种负载Pd颗粒三维大孔结构MoO2材料及其合成方法，获得一种比表面积大、结构稳定且具有电催化性能的纳米结构，此方法具有成本低、制备过程简单的特点。本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现：一种三维大孔结构二氧化钼负载钯颗粒材料，MoO2与Pd的质量比为20:(0.06-0.6)，二氧化钼的孔径为200—400nm，钯颗粒为5—10nm且均匀的分布在二氧化钼的孔壁上，并按照下述步骤进行：步骤1，三维大孔MoO2结构的制备：将有序排列的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球胶晶模板置于MoCl5水溶液中，氧化后反复抽滤并干燥，而后在流通保护气体气氛下640—650℃热处理1—2h，得到孔径大小为200-400nm的三维大孔MoO2，所述MoCl5水溶液浓度为0.05M，自20—25摄氏度上升至640—650℃，加热温度的上升速率为5—8℃/min，所述保护气体气氛为氩气，或者氦气，或者氮气；在步骤1中，有序排列的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球胶晶模板依照现有技术进行制备：(1)Sadakane,M.；Takahashi,C.；Kato,N.；Ogihara,H.；Nodasaka,Y.；Doi,Y.；Hinatsu,Y.andUeda,W.Three-DimensionallyOrderedMacroporous(3DOM)MaterialsofSpinel-TypeMixedIronOxides.Synthesis,StructuralCharacterization,andFormationMechanismofInverseOpalswithaSkeletonStructure.Bull.Chem.Soc.Jpn.2007,80(4),677-685；(2)YuxiLiu,HongxingDai,JiguangDeng,LeiZhang,ChakTongAuThree-dimensionalorderedmacroporousbismuthvanadates:PMMA-templatingfabricationandexcellentvisiblelight-drivenphotocatalyticperformanceforphenoldegradation.Nanoscale,2012,4,2317–2325。步骤2，在三维大孔MoO2结构上进行Pd颗粒的负载：将步骤1中制得的三维大孔MoO2放入由水、盐酸和氯化亚锡组成的混合悬浊液中，用磁力搅拌器搅拌30—40分钟，离心取沉淀物；将沉淀物放入PdCl2水溶液用磁力搅拌器搅拌30—40分钟，离心取沉淀物经干燥后得到负载Pd颗粒三维大孔结构MoO2；在所述步骤2中，在所述混合悬浊液中，水、盐酸、氯化亚锡的质量比为20:1:0.1，盐酸为1—5mol/L的氯化氢水溶液；在所述PdCl2水溶液浓度为PdCl2的质量(g)与溶剂水的体积(mL)比为(0.1-1)：10；所述三维大孔MoO2的质量(mg)与混合悬浊液的体积(mL)比为1:1。本专利技术的方法成本费用低，操作简便，耗时较短，与传统制备方法相比，主要有以下几个优势：(1)可以有效控制三维大孔MoO2结构的孔径大小(2)解决了颗粒团聚的特点，使Pd颗粒均匀分布在三维大孔MoO2结构上(如附图2和3所示)，二氧化钼具有(110)、(101)、(220)晶面，Pd颗粒具有(111)、(200)和(220)晶面；(3)反应时间大大缩短，且操作简单；(4)用Pd替代了贵金属Pt,大大节约了制备成本，是一种高效经济的合成方法。(5)使用电化学工作站Gamryreference600进行测试，用于测试的溶液为pH＝0，0.5M的H2SO4水溶液，进行线性伏安扫描的速率为50mV/s，负载Pd颗粒的大孔MoO2的电流密度明显增大(如附图6所示)，表明这种材料催化性能大幅提高，可作为电催化剂。附图说明图1为本专利技术单独200nm大小孔径的三维大孔MoO2的100K倍SEM形貌照片(FE-SEM,HitachiS-4800)；图2为本专利技术负载Pd颗粒的三维大孔MoO2的100K倍SEM形貌照片(FE-SEM,HitachiS-4800)；图3为本专利技术负载Pd颗粒的三维大孔MoO2的30K倍SEM形貌照片(FE-SEM,HitachiS-4800)；图4为本专利技术负载Pd颗粒的三维大孔MoO2的TEM形貌照片(TEM,PhilipsTecnaiG2F20)；图5为本专利技术负载Pd颗粒的三维大孔MoO2的XRD图谱(XRD,RIGAKU/DMAX)，其中圆点代表MoO2的晶面；方块代表Pd的晶面，；图6为本专利技术材料的线性伏安扫描电流测试图线，其中曲线Ⅰ为所制备单独大孔MoO2的测试图线，曲线Ⅱ为负载Pd颗粒的大孔MoO2复合物的测试图线，曲线Ⅲ为商品MoO2的测试图线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。首先依照现有技术进行有序排列的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球胶晶模板的制备，具体来说：取60-88mL去离子水，5-16mL甲基丙烯酸甲酯，在流通氮气保护下置于磁力搅拌器上进行搅拌15分钟，加入7.5-24mL过硫酸钾水溶液(含过硫酸钾0.059-0.1888g)，充分搅拌溶解。停止通氮气后，设置加热程序，使其缓慢升温至70℃并保温1.5h。而后极冷，离心、干燥得到白色固体。取白色固体，研磨成细粉末后，按照质量比1:40的比例与水混合在一起，搅拌并超声分散使其重新变成乳液状。将其倒入烧杯，置于干燥箱中50℃下干燥。干燥完毕后在玻璃片和烧杯壁上会出现条状的白色固体薄片，即为胶晶模板。实施例1取2g模板放入盛有10毫升0.05M的MoCl5的烧杯，将烧杯放入50℃的保温箱，密封好烧杯防止水分的挥发，大约两天时间溶液氧化，多次抽滤并干燥，得到蓝色的固体。将此固体置于坩埚放入可通保护气氛的加热炉中，在流动氩气气氛保护下自20℃上升至650℃热处理2个小时，其中升温速率为5℃/min，而后随炉冷却得到孔径大小为200nm的三维大孔MoO2。所得MoO220毫克放入20ml水、盐酸、氯化亚锡(质量比为20:1:0.1)的混合悬浊液中，盐酸为1mol/L的氯化氢水溶液，用磁力搅拌器搅拌30分钟，离心取沉淀物。将沉淀物放入PdCl2溶液(10mL水、0.5gPdCl2)，用磁力搅拌器搅拌30分钟，离心取沉淀，干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维大孔结构二氧化钼负载钯颗粒材料，其特征在于，MoO2与Pd的质量比为20:(0.06‑0.6)，二氧化钼的孔径为200—400nm，钯颗粒为5—10nm且均匀的分布在二氧化钼的孔壁上，并按照下述步骤进行：步骤1，三维大孔MoO2结构的制备：将有序排列的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球胶晶模板置于MoCl5水溶液中，氧化后反复抽滤并干燥，而后在流通保护气体气氛下640—650℃热处理1—2h，得到孔径大小为200‑400nm的三维大孔MoO2，所述MoCl5水溶液浓度为0.05M，自室温20—25摄氏度上升至640—650℃，加热温度的上升速率为5—8℃/min，所述保护气体气氛为氩气，或者氦气，或者氮气；步骤2，在三维大孔MoO2结构上进行Pd颗粒的负载：将步骤1中制得的三维大孔MoO2放入由水、盐酸和氯化亚锡组成的混合悬浊液中，用磁力搅拌器搅拌30—40分钟，离心取沉淀物；将沉淀物放入PdCl2水溶液用磁力搅拌器搅拌30—40分钟，离心取沉淀物经干燥后得到负载Pd颗粒三维大孔结构MoO2；在所述步骤2中，在所述混合悬浊液中，水、盐酸、氯化亚锡的质量比为20:1:0.1，盐酸为1—5mol/L的氯化氢水溶液；在所述PdCl2水溶液浓度为PdCl2的质量(g)与溶剂水的体积(mL)比为(0.1‑1)：10；所述三维大孔MoO2的质量(mg)与混合悬浊液的体积(mL)比为1:1。...

【技术特征摘要】
1.一种三维大孔结构二氧化钼负载钯颗粒材料，其特征在于，MoO2与Pd的质量比为20:(0.06-0.6)，二氧化钼的孔径为200—400nm，钯颗粒为5—10nm且均匀的分布在二氧化钼的孔壁上，并按照下述步骤进行：步骤1，三维大孔MoO2结构的制备：将有序排列的聚甲基丙烯酸甲酯微球胶晶模板置于MoCl5水溶液中，氧化后反复抽滤并干燥，而后在流通保护气体气氛下640—650℃热处理1—2h，得到孔径大小为200-400nm的三维大孔MoO2，所述MoCl5水溶液浓度为0.05M，自20—25摄氏度上升至640—650℃，加热温度的上升速率为5—8℃/min，所述保护气体气氛为氩气，或者氦气，或者氮气；步骤2，在三维大孔MoO2结构上进行Pd颗粒的负载：将步骤1中制得的三维大孔MoO2放入由水、盐酸和氯化亚锡组成的混合悬浊液中，用磁力搅拌器搅拌30—40分钟，离心取沉淀物；将沉淀物放入PdCl2水溶液用磁力搅拌器搅拌30—40分钟，离心取沉淀物经干燥后得到负载...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彬彬，梁砚琴，崔振铎，杨贤金，朱胜利，李朝阳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12