碳载钯锡纳米合金催化剂的制备及其在二氧化碳电催化还原中的应用制造技术

本发明专利技术提供一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：1）取钯源和锡源，加入载体碳进行第一次混合；2）再加入稳定剂和还原剂进行第二次混合后分离，取固体产物进行洗涤、干燥，即得所需的催化剂。本发明专利技术进一步提供了由上述方法制备的一种碳载钯锡纳米合金催化剂及其在二氧化碳电催化还原中的应用。本发明专利技术提供的一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备及其在二氧化碳电催化还原中的应用，制备的催化剂具有良好的电催化活性，高选择性，重现性高且有良好的稳定性等优点，具有极高的应用前景。

Preparation of carbon supported Pd Sn nano alloy catalyst and its application in electrocatalytic reduction of carbon dioxide

The invention provides a preparation method of a carbon loaded palladium tin nano alloy catalyst, including the following steps: 1) taking the palladium source and the tin source, adding the carrier carbon for the first mixing; 2) adding the stabilizer and reducing agent for second mixing and separating them, taking the solid products for washing and drying, that is, the required catalyst is obtained. The invention further provides a carbon supported palladium tin nano alloy catalyst prepared by the above method and its application in the electrocatalytic reduction of carbon dioxide. The invention provides a kind of carbon loaded palladium tin nano alloy catalyst and its application in the electrocatalytic reduction of carbon dioxide. The prepared catalyst has good electrocatalytic activity, high selectivity, high reproducibility and good stability, and has a very high application prospect.

【技术实现步骤摘要】
碳载钯锡纳米合金催化剂的制备及其在二氧化碳电催化还原中的应用
本专利技术属于催化剂
，涉及一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备及其在二氧化碳电催化还原中的应用。
技术介绍
自从1870年以来，至今对CO2的还原方法有了不同程度的研究，如催化加氢还原法，放射还原，光化学还原，热化学还原，电化学还原和光电化学还原等。虽然许多CO2的转化固定过程都是可能实现的，但是如何获得CO2还原所要的氢源以及在尽可能低的能耗下实现CO2的转化？这是CO2处理技术中需要深刻思考的难题。传统还原方法(催化共聚、高温非均相与均相催化氢化作用等)中的氢仍来源于化石资源，整个CO2处理过程的实际意义不大。而光催化还原，电催化还原，光电共催化还原等方法还原CO2的氢来源于水，是性能优异的高级催化还原CO2处理技术，是洁净、环境友好型再生新能源方法。其中，电催化还原是最简单有效的方法。在电还原CO2方面的研究，研究者主要研究热点集中在电极的材料和电解质的性能改进上。最初，电化学工作电极大部分采用金属材料电极(如Hg，Pb，Au，Cd，In，Zn，Sn)，目前，工作电极的研究发展主要集中于各种金属和金属氧化物作载体所制备的修饰电极上。现如今主要的研究方向是利用CO2的电还原制取CO，CH4，C2H4，HCOOH，CH3OH，HCHO以及酯类有机物。随着纳米材料的研究和进展，结合金属材料以及纳米材料的特性，纳米合金催化剂在二氧化碳电催化转化生成甲酸的反应中具有比较好的研究前景。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备及其在二氧化碳电催化还原中的应用，通过制备一种碳载钯锡纳米合金催化剂用于解决现有技术中二氧化碳电催化转化生成甲酸的反应中甲酸选择性低的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)取钯源和锡源，加入载体碳进行第一次混合；2)再加入稳定剂和还原剂进行第二次混合后分离，取固体产物进行洗涤、干燥，即得所需的催化剂。优选地，在步骤1)中，所述钯源选自钯的无机盐或钯的有机盐中的一种或两种。更优选地，所述钯源选自乙酸钯、氯化钯、硝酸钯、氢氧化钯中的一种或多种。优选地，在步骤1)中，所述锡源选自锡的无机盐或锡的有机盐中的一种或两种。更优选地，所述锡源选自草酸亚锡、氯化亚锡、氯化锡、碘化锡、乙酸锡中的一种或多种。优选地，在步骤1)中，所述钯源中的Pd元素与锡源中的Sn元素加入的摩尔之比为1:30-30:1。更优选地，所述钯源中的Pd元素与锡源中的Sn元素加入的摩尔之比为1:10-10:1。优选地，在步骤1)中，所述载体碳选自活性炭、纳米碳管、导电炭黑、石墨烯中的一种。优选地，在步骤1)中，所述钯源中的Pd元素与载体碳加入的质量之比为5-60:100。更优选地，所述钯源中的Pd元素与载体碳加入的质量之比为10-52:100。优选地，在步骤1)中，所述第一次混合方式选自超声或搅拌中的一种。优选地，在步骤1)中，所述第一次混合的时间为1-600min。更优选地，所述第一次混合的时间为1-60min。优选地，在步骤2)中，所述稳定剂与所述钯源中的Pd元素加入的质量之比为10-300：1。优选地，在步骤2)中，所述还原剂与所述钯源中的Pd元素加入的质量之比为1-100：1。优选地，在步骤2)中，所述稳定剂选自油胺、聚乙烯醇(PVA)、柠檬酸或柠檬酸三钠中的一种或多种。更优选地，所述聚乙烯醇(PVA)为化工领域常规使用的聚乙烯醇(PVA)。优选地，在步骤2)中，所述还原剂选自多元醇、硼氢化物、抗坏血酸中的一种或多种。更优选地，所述多元醇为乙二醇。更优选地，所述硼氢化物选自硼氢化钾或硼氢化钠中的一种或两种。优选地，在步骤2)中，所述第二次混合方式为搅拌。优选地，在步骤2)中，所述第二次混合的温度为20-300℃。更优选地，所述第二次混合的温度为20-100℃。优选地，在步骤2)中，所述第二次混合的反应时间为1-20h。更优选地，所述第二次混合的反应时间为1-10h。优选地，在步骤2)中，所述分离选自过滤或离心中的一种方式。更优选地，所述过滤为抽滤。更优选地，所述离心条件为：离心速率为3000-15000r/min；离心时间10-80min。优选地，在步骤2)中，所述洗涤采用去离子水或无水乙醇洗涤2-4次。优选地，在步骤2)中，所述干燥为在40-90℃下真空干燥5-30小时。更优选地，所述干燥为在50-80℃下真空干燥18-24小时。本专利技术第二方面提供一种碳载钯锡纳米合金催化剂，由上述制备方法制得。本专利技术第三方面提供一种碳载钯锡纳米合金催化剂的用途，用于二氧化碳电催化还原。优选地，所述用途为用于二氧化碳电催化转化生成甲酸。更优选地，所述二氧化碳电催化转化生成甲酸的反应时间为1-100h。进一步优选地，所述反应时间为1-10h。更优选地，所述二氧化碳电催化转化生成甲酸的施加电压为-5.0～0.1V。进一步优选地，所述施加电压为-2.0～0.1V。如上所述，本专利技术提供的一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备及其在二氧化碳电催化还原中的应用，制备方法简便，制备的催化剂具有良好的电催化活性，高选择性，重现性高且有良好的稳定性等优点。该催化剂能够应用于二氧化碳电催化还原中，特别能够应用于二氧化碳电催化转化生成甲酸的反应中，能够解决现有技术中二氧化碳电催化转化生成甲酸的反应中甲酸选择性低的问题，在常温常压下甲酸的法拉第电流效率可以达到75％以上，甚至可达100％，具有极高的应用前景。附图说明图1显示为本专利技术的一种碳载钯锡纳米合金催化剂的SEM图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步阐述本专利技术，应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围。以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指相对压力；使用试剂均为本领域内的常规试剂，均可从市场上购买获得。此外应理解，本专利技术中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本专利技术中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
的情况下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。实施例1取乙酸钯、乙酸锡，其中乙酸钯中的Pd与乙酸锡中的Sn的摩尔比例为1:5，加入500mg纳米碳管进行第一次混合，其中乙酸钯中的Pd与纳米碳管的质量之比为10:100(10％)，混合在超声机中超声1h。再加入稳定剂5gPVA和还原剂20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)取钯源和锡源，加入载体碳进行第一次混合；2)再加入稳定剂和还原剂进行第二次混合后分离，取固体产物进行洗涤、干燥，即得所需的催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备方法，包括以下步骤：1)取钯源和锡源，加入载体碳进行第一次混合；2)再加入稳定剂和还原剂进行第二次混合后分离，取固体产物进行洗涤、干燥，即得所需的催化剂。2.根据权利要求1所述的一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述钯源选自钯的无机盐或钯的有机盐中的一种或两种。3.根据权利要求1所述的一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述锡源选自锡的无机盐或锡的有机盐中的一种或两种。4.根据权利要求1所述的一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述钯源中的Pd元素与锡源中的Sn元素加入的摩尔之比为1:30-30:1。5.根据权利要求1所述的一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述载体碳选自活性炭、纳米碳管、导电炭黑、石墨烯中的一种。6.根据权利要求1所述的一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述钯源中的Pd元素与载体碳加入的质量之比为5-60:100。7.根据权利要求1所述的一种碳载钯锡纳米合金催化剂的制备方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：白晓芳，陈为，葛瑞鹏，张佳舟，马翠杰，王白银，宋艳芳，魏伟，孙予罕，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31