一种钯基合金氢化物催化剂的制备及应用制造技术

本发明专利技术提供了一种钯基合金氢化物催化剂的制备方法及其在直接醇类燃料电池中的应用，其是将碳载体分散于溶剂中，加入络合剂，并添加含钯前驱体盐的水溶液和过渡金属盐，随后调节溶液的pH后，在常温常压条件下添加过量H4N2·

【技术实现步骤摘要】
一种钯基合金氢化物催化剂的制备及应用


[0001]本专利技术属于直接醇类燃料电池领域，具体涉及一种钯基合金氢化物催化剂的制备方法及其在直接醇类燃料电池中的应用。

技术介绍

[0002]社会的快速发展使得人们对能源的需求急剧增加。虽然近年来我国对清洁能源的重视程度有所提升，清洁能源材料的生活化比重已有很大提高，但以煤和石油为主要能源的形势依然严峻，难以在短期内得到有效改善。质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）作为一种产物清洁、无有毒气体产生且燃料来源丰富的新能源系统逐渐进入大众的视野。其中，直接醇类燃料电池因其燃料本身（如甲醇、乙醇等）的优良特性，受到研究者的广泛关注。然而，目前可用于直接醇类燃料电池的商业化Pd/C催化剂仍存在诸如催化活性较低、稳定性差及抗中毒能力差等问题。因此，有必要设计和开发具有良好反应动力学和高稳定性的催化剂，以期获得大规模工业化的可能。
[0003]研究表明，将原子半径很小的氢原子限制在钯晶格间隙中形成的钯氢化物，因其产生的电子效应和应变效应能够协同提升贵金属钯的电催化性能。遗憾的是，目前，钯氢化物在直接醇类燃料电池中的研究还较少。此外，除了进一步增强催化剂的电子效应和应变效应之外，过渡金属的加入还可以促进CO在钯活性中心的氧化，从而保护钯活性中心在反应过程中不中毒，提高其催化性能。并且，通过过渡金属（如Co、Cu、Zn等）与钯合金化，可以有效减少钯的用量，降低成本。但目前，在此方面的研究仍然较少。

技术实现思路

[0004]为进一步提升用于直接醇类燃料电池的钯氢化物催化剂的催化性能，本专利技术提供了一种钯基合金氢化物催化剂的制备方法，其通过添加一定量的过渡金属，制备出具有优异电催化性能的碳载钯基合金氢化物催化剂，其制备方法安全、操作方便。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种钯基合金氢化物催化剂的制备方法，其包括如下步骤：（1）在0
‑
80℃的条件下，经搅拌和超声将一定量钯前驱体盐溶于去离子水中，配制出黄褐色的钯盐水溶液；（2）将碳载体分散于反应溶剂中，加入络合剂，然后向其中添加一定量钯盐水溶液和过渡金属盐，搅拌10分钟以使过渡金属盐溶解；（3）往步骤（2）所得混合溶液中添加碱性物质以调节溶液的pH值≥10，然后在常温常压条件下添加过量H4N2·
H2O，还原出钯和过渡金属，再经抽滤、干燥，得到碳载的钯基合金氢化物催化剂。
[0006]进一步地，步骤（1）所述钯前驱体盐为H2PdCl4、Pd(acac)2、Pd(NO3)2·
nH2O、Pd(NH3)2(NO2)2、Pd(O2CCH3)2中的任意一种。
[0007]进一步地，步骤（2）所述碳载体为碳纳米管、氧化石墨烯、碳黑、碳纤维、多孔碳中
mL。随后将其在搅拌和超声条件下加热至60℃，使PdCl2逐渐溶解，得到浓度为22.56mM的H2PdCl4水溶液。
[0023]实施例1：PdH/rGO催化剂的制备将65 mg氧化石墨烯（GO）溶解在180 mL乙二醇中，搅拌并超声4小时，直到石墨烯完全分散，然后向其中添加50mg柠檬酸及3.00 mL 22.56 mM的氯钯酸水溶液，并搅拌10分钟，再在其中加入110 mg NaOH，搅拌1小时直到NaOH完全溶解，此时溶液的pH值为10。同时，将0.7 mL H4N2·
H2O加入到20 mL乙二醇中，搅拌10分钟，再在剧烈搅拌条件下快速将稀释的H4N2·
H2O溶液倒入上述反应溶液中，反应8小时。最后，将所得反应液经抽滤后，将所得滤渣用去离子水过滤5次并冷冻干燥，得到Pd负载量为10wt.%的PdH/rGO催化剂。
[0024]实施例2：Pd
91
Co9‑
H/rGO催化剂的制备将67.88 mg氧化石墨烯（GO）溶解在180 mL乙二醇中，搅拌并超声4小时，直到石墨烯完全分散，然后向其中添加50mg柠檬酸、3.21 mL 22.56 mM的氯钯酸水溶液和5.925 mg CoCl2·
6H2O，并搅拌10分钟，再在其中加入110 mg NaOH，搅拌1小时直到NaOH完全溶解，此时溶液的pH值为10。同时，将0.7 mL H4N2·
H2O加入到20 mL乙二醇中，搅拌10分钟，再在剧烈搅拌调节下快速将稀释的H4N2·
H2O溶液倒入上述反应溶液中，反应8小时。最后，将所得反应液经抽滤后，将所得滤渣用去离子水过滤5次并冷冻干燥，得到Pd负载量为10wt.%的Pd
91
Co9‑
H/rGO催化剂。
[0025]实施例3：Pd
65
Co
35
‑
H/rGO催化剂的制备将65 mg氧化石墨烯（GO）溶解在180 mL乙二醇中，搅拌并超声4小时，直到石墨烯完全分散，然后向其中添加50mg柠檬酸、3.00 mL 22.56 mM的氯钯酸水溶液和17.215 mg CoCl2·
6H2O，并搅拌10分钟，再在其中加入110 mg NaOH，搅拌1小时直到NaOH完全溶解，此时溶液的pH值为10。同时，将0.7 mL H4N2·
H2O加入到20 mL乙二醇中，搅拌10分钟，再在剧烈搅拌调节下快速将稀释的H4N2·
H2O溶液倒入上述反应溶液中，反应8小时。最后，将所得反应液经抽滤后，将所得滤渣用去离子水过滤5次并冷冻干燥，得到Pd负载量为10wt.%的Pd
65
Co
35
‑
H/rGO催化剂。
[0026]实施例4：Pd
91
Co9‑
H/rGO催化剂的制备（不添加络合剂）将67.88 mg氧化石墨烯（GO）溶解在180 mL乙二醇中，搅拌并超声4小时，直到石墨烯完全分散，然后向溶液中添加3.21 mL 22.56 mM的氯钯酸水溶液和5.925 mg CoCl2·
6H2O，并搅拌10分钟，再在其中加入110 mg NaOH，搅拌1小时直到NaOH完全溶解，此时溶液的pH值为10。同时，将0.7 mL H4N2·
H2O加入到20 mL乙二醇中，搅拌10分钟，再在剧烈搅拌调节下快速将稀释的H4N2·
H2O溶液倒入上述反应溶液中，反应8小时。最后，将所得反应液经抽滤后，将所得滤渣用去离子水过滤5次并冷冻干燥，得到Pd负载量为10wt.%的Pd
91
Co9‑
H/rGO
‑
NO催化剂。
[0027]图1为实施例1~4所制备催化剂的X射线衍射图谱。由图中可见，相较于Pd，各催化剂的XRD衍射峰均向低角度偏移，这归因于H原子被限制于Pd
‑
Co合金晶格间隙中。相较于PdH
0.706
卡片PDF#18
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0951，催化剂中Co含量越高，衍射峰向高角度发生一定偏移。
[0028]图2为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钯基合金氢化物催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）在0
‑
80℃的条件下，经搅拌和超声将一定量钯前驱体盐溶于去离子水中，配制出钯盐水溶液；（2）将碳载体分散于反应溶剂中，加入络合剂，然后向其中添加一定量钯盐水溶液和过渡金属盐，搅拌10分钟以使过渡金属盐溶解；（3）往步骤（2）所得混合溶液中添加碱性物质以调节溶液的pH值≥10，然后在常温常压条件下添加过量H4N2·
H2O进行还原，再经抽滤、干燥，得到碳载的钯基合金氢化物催化剂。2.根据权利要求1所述的钯基合金氢化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述钯前驱体盐为H2PdCl4、Pd(acac)2、Pd(NO3)2·
nH2O、Pd(NH3)2(NO2)2、Pd(O2CCH3)2中的任意一种。3.根据权利要求1所述的钯基合金氢化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述碳载体为碳纳米管、氧化石墨烯、碳黑、碳纤维、多孔碳中的任意一种。4.根据权利要求1所述的钯基合金氢化物催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述反应溶剂为去离子水、乙二醇、乙醇中的任意一种。5.根据权利要求1所述的钯基合金氢化物催化剂的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：程年才，张兆廷，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：