单一银钯合金纳米线电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了单一银钯合金纳米线电极及其制备方法和应用，本发明专利技术通过先制备单一银纳米电极，再通过电流置换反应成功制备单一银钯合金纳米线电极，与现有技术相比，本发明专利技术不需要合成纳米线材料，从而避免合成的纳米线出现形貌不规则，导电性差，纵横比低等问题，同时也不需要模板来指导纳米线的生长。而且，本发明专利技术制备的单一银钯合金纳米线电极用于催化甲醇，可以从单根纳米线的角度考察其催化性能，这是其它大部分方法所不具有的，并且本发明专利技术制备的单一银钯合金纳米线电极产生的电流密度高。另外，本发明专利技术制备的单一银钯合金纳米线电极对甲醇具有优异的催化性能，长期稳定性，以及催化稳定性和去除一氧化碳能力。

Single Ag Pd alloy nanowire electrode and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
单一银钯合金纳米线电极及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米电极制备领域，具体涉及单一银钯合金纳米线电极及其制备方法和应用。
技术介绍
作为未来最有前景的清洁能源之一，直接甲醇燃料电池在过去的几十年里由于其高能量密度，容易储存，工作温度低，环境污染小等优点而广受关注。但由于甲醇的电化学活性比氢至少低3个数量级，因而直接甲醇燃料电池需要解决的关键技术之一是寻求高效的甲醇阳极电催化氧化的电催化剂，提高甲醇阳极氧化的速度，减少阳极的极化损失。尽管铂基催化剂被认为是最有效的甲醇催化剂，但是以铂作为阳极电催化剂时，催化剂表面很容易吸附甲醇氧化过程中产生的一氧化碳中间体，从而导致催化剂中毒。并且铂基催化剂的使用成本高，使得其在大规模商业化生产上面临巨大的挑战。因此需要研发一种更好的催化剂来代替铂基催化剂。许多研究表明，钯基催化剂在碱性介质中催化甲醇具有不错的效果。然而，广泛使用钯基催化剂对直接催化甲醇具有相对较低的催化性能和较差的耐久性。另外，金属一维纳米结构由于其特殊的电化学，热学，光学性能在电子器件制造方面占据重要的角色。其中，银纳米线备受关注，被广泛应用于太阳能电池，柔性光电子，电催化，以及表面增强拉曼散射等领域。目前银纳米线的合成方法有水热合成法，湿化学合成法，多元醇还原法等。尽管这些方法取得了很大的成功，但是制得的银纳米线大多形貌不规则，导电性差，纵横比低，而且在合成过程中总是需要模板来指导银纳米线的生长，并且不能从单根纳米线的角度考察其催化性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供单一银钯合金纳米线电极的制备方法，先制备单一银纳米电极，再通过电流置换反应成功制备单一银钯合金纳米线电极。本专利技术还有一个目的在于提供单一银钯合金纳米线电极。本专利技术最后一个目的在于提供单一银钯合金纳米线电极在碱性介质中对甲醇的催化的应用。本专利技术具体技术方案如下：单一银钯合金纳米线电极的制备方法，包括以下步骤：1)制备银纳米线电极；2)将步骤1)制备的银纳米线电极在硝酸钯溶液中浸泡，得到单一银钯合金纳米线电极。步骤1)制备银纳米线电极包括以下步骤：1-1)将银丝塞入铝硅酸盐毛细管中，并使用环氧树脂胶将毛细管一端封住；1-2)等环氧树脂胶完全干燥以后，使用激光拉制仪将步骤1-1)处理后的毛细管拉制成两根尖端是纳米级的探针；1-3)利用银导电胶将钨丝与银丝相连；1-4)尖端用金相砂纸进行打磨抛光，得到纳米盘电极。1-5)将步骤1-4)得到的纳米盘电极用HF溶液刻蚀，得到银纳米线电极。进一步的，步骤1-1)中，所述银丝直径25μm，长度为2～3cm；所述铝硅酸盐毛细管外径1.0mm；内径0.64mm。步骤1-1)中使用环氧树脂胶将毛细管一端封住，这样做的目的是使管子在拉制过程中处于真空状态；步骤1-2)中激光拉制仪拉制的方法为：设置加热程序参数：温度440℃，速率5，拉力5；按照此加热程序运行40s后冷却20s，重复4个循环；然后在拉制程序下拉制得到2个两根尖端是纳米级的探针，所述拉制程序参数为：温度445℃，速率30，拉力118。步骤1-3)中尖端依次用400目、800目和2000目的金相砂纸分别进行打磨抛光，得到纳米盘电极。步骤1-5)中所述HF溶液的制备方法为：将质量浓度40％氢氟酸溶液与水按照体积比1:4配置得到；步骤1-5)中所述刻蚀，时间5-20秒；根据实验需要，每根电极刻蚀时间不同，随着刻蚀时间增加，纳米线的长度越来越长。步骤2)中所述硝酸钯的溶液的制备方法为：取0.0133g二水合硝酸钯与33.3μL15mol/L的分析纯硝酸溶液置于去离子水中，混匀，得到10ml溶液，所得溶液中硝酸浓度50mM，硝酸钯浓度5mM。加入硝酸的目的是为了更快的使硝酸钯溶解，获得硝酸钯溶液。进一步的，步骤2)中浸泡时间为10-40min。本专利技术提供的单一银钯合金纳米线电极通过上述方法制备得到。本专利技术提供的单一银钯合金纳米线电极的应用，用于甲醇的催化。具体催化方法：将本专利技术制备的单一银钯合金纳米线电极在氮气饱和的含0.2MKOH和1.0MCH3OH的溶液中进行CV扫描，电位为-0.8v～0.4v，扫速50mV/s。置换浸泡之后，电极EDS图说明Pd成功置换Ag，电极中含元素银和钯，成功制备银钯合金纳米线电极。根据d波段中心理论，由于Pd的晶格常数小于Ag的晶格常数，因此与Ag合金化时，Pd表面的结构将产生拉伸应变。Pd的d带中心会向上移动，从而导致更强的羟基(OHads)吸附能力，并促进金属表面上的甲醇氧化反应。在碱性介质中，MOR(甲醇氧化反应)的决定速率的步骤是通过吸附OHads基团从催化剂表面除去甲氧基中间体。因此，较强的羟基(OHads)吸附能力可以更快地除去中间体并释放更多的活性位点，导致更快的MOR，具有更好的中间耐受性。根据双功能机理理论，与纯Pd相比，由于Ag-Pd合金中存在Ag，因此水活化势较低，由于活化水可以氧化CO或其他中毒中间产物，因此Pd上的更多活性位得以释放。单一银纳米线电极对甲醇没有催化性能，当通过置换反应与钯形成银钯合金时，由于两者特殊的协同作用以及暴露更多的活性位点，对甲醇具有很好的催化性能。与现有技术相比，本专利技术通过先制备单一银纳米电极，再通过电流置换反应成功制备单一银钯合金纳米线电极，不需要合成纳米线材料，从而避免合成的纳米线出现形貌不规则，导电性差，纵横比低等问题，同时也不需要模板来指导纳米线的生长。而且，本专利技术制备的单一银钯合金纳米线电极用于催化甲醇，可以从单根纳米线的角度考察其催化性能，这是其它大部分方法所不具有的，并且本专利技术制备的单一银钯合金纳米线电极产生的电流密度高。另外，本专利技术制备的单一银钯合金纳米线电极对甲醇具有优异的催化性能，长期稳定性，以及催化稳定性和去除一氧化碳能力。附图说明图1为本专利技术单一银钯合金纳米线电极的制备示意图；图2为本专利技术制备的不同长度的银纳米线电极在含5mMRu(NH6)Cl3和0.2KNO3溶液中的CV图；图3为不同长度银电极的COMSOL模拟图；图4为不同银钯含量的单一银钯合金纳米线电极在0.2MKOH溶液中的电化学表征；图5为不同银钯含量的单一银钯合金纳米线电极及商业钯碳催化剂在含0.2MKOH和1.0MCH3OH溶液中催化甲醇性能图；图6为电极不同置换时间与商业钯碳催化剂的性能比较图；图中，Onsetpotential是指氧化甲醇的起始电位，If：Ib是指前扫的峰电流与后扫的峰电流之比；图7置换时间30min的单一银钯合金纳米线电极与负载商业钯碳催化剂的玻碳电极在氮气饱和的含0.2MKOH和1.0MCH3OH溶液中对甲醇氧化的长期稳定性性能测试；图8为置换时间30min的单一银钯合金纳米线电极第一次催化甲醇与第五百次的CV曲线的对比；图9为置换时间30min的单一银钯合金纳米线电极与负载商本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单一银钯合金纳米线电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n1)制备银纳米线电极；/n2)将步骤1)制备的银纳米线电极在硝酸钯溶液中浸泡，得到单一银钯合金纳米线电极。/n

【技术特征摘要】
1.单一银钯合金纳米线电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)制备银纳米线电极；
2)将步骤1)制备的银纳米线电极在硝酸钯溶液中浸泡，得到单一银钯合金纳米线电极。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)制备银纳米线电极包括以下步骤：
1-1)将银丝塞入铝硅酸盐毛细管中，并使用环氧树脂胶将毛细管一端封住；
1-2)等环氧树脂胶完全干燥以后，使用激光拉制仪将步骤1-1)处理后的毛细管拉制成两根尖端是纳米级的探针；
1-3)利用银导电胶将钨丝与银丝相连；
1-4)尖端用金相砂纸进行打磨抛光，得到纳米盘电极；
1-5)将步骤1-4)得到的纳米盘电极用HF溶液刻蚀，得到银纳米线电极。


3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永新，未海峰，花红梅，赵丹丹，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34