一种三金属PdNiRu超薄纳米片及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种三金属PdNiRu超薄纳米片及其制备方法与应用，该纳米片具有超薄纳米尺寸、二维片状结构和多金属组分。以乙酰丙酮钯（II）、乙酰丙酮钌(III)、乙酰丙酮镍（II）为金属前驱体，以油胺和油酸作为溶剂，使用羰基化合物Mo(CO)6分解产生的一氧化碳作为结构导向剂，通过一步溶剂热法在180℃下保持3h合成了三金属PdNiRu纳米片，高度弯曲的超薄纳米片结构和三元金属效应可以协同调节表面电子结构，有助于优化含氧物种的吸附强度，具有超薄（~3.5nm）、导电性好、电化学活性高以及电化学稳定性好等优点，可作为乙二醇氧化阳极催化剂和氧还原阴极催化剂，均表现出了较高的催化活性和稳定性。和稳定性。和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种三金属PdNiRu超薄纳米片及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电催化反应技术用催化剂，具体涉及一种三金属PdNiRu超薄纳米片及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]日益增长的能源消耗和环境污染促使研究人员寻找经济环保的能源生成、存储和转换装置。燃料电池因其高效、环保和丰富的燃料源（如氢气、甲酸、甲醇、乙醇和乙二醇等）而成为汽车和便携式电子设备首选的能源设备。传统上Pt和Pt基合金被认为是阳极氧化反应和阴极氧还原反应（ORR）的最先进催化剂，然而这些催化剂的广泛应用受限于其高昂的成本、稀缺性和在氧还原过程中容易被毒化的电化学不稳定性，开发高性能可再生能源技术和设计最先进的电催化剂是非常必要的。Pd具有与Pt类似的电子构型（电子差异仅为0.77%），也表现出类似的化学性质。然而与Pt相比，Pd与氧分子更强的结合能力导致相对较弱的氧还原活性，但Pd与过渡金属的合金化由于系综效应、晶格应变和配体影响可以解决这个问题，这促进了O2和H2O的活化，同时削弱了含氧中间体的吸附强度，从而提高了催化活性和对小有机分子氧化能力，如Pd
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Fe、Pd
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Co、Pd
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Ni、Pd
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Ag、Pd
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Cu、已被探索作为ORR、EOR和EGOR的候选催化剂，大多数报道的Pd基纳米合金主要集中于0D、1D或孪晶纳米结构，但仍存在一些缺点（如合成方法繁琐、稳定性差和质量活性低）。
[0003]超薄二维纳米结构作为一类重要的功能材料，由于其固有的优点，如高的表面金属原子体积比、丰富的低配位原子（如最上面的表面原子和边缘原子）、独特的电子和光子特性以及表面界面效应而备受关注，在光热治疗、传感和电催化领域的应用前景巨大。对于电催化应用，电催化过程仅在催化剂表面或表面附近进行。因此，超薄Pd纳米片可以提供更高的原子利用率，同时具有更大的比表面积；因此合成超薄Pd纳米片是电催化研究的热点问题。

技术实现思路

[0004]针对现有术问题，本专利技术提供了一种三金属PdNiRu超薄纳米片及其制备方法与应用，通过一锅溶剂热法制备三金属PdNiRu超薄纳米片，所得到的PdNiRu纳米片具有超薄且高度弯曲褶皱结构，既提高催化剂中Pd的催化活性也有效地提升了催化剂的稳定性可在阳极乙二醇氧化和阴极氧还原电催化方面的应用。
[0005]为解决现有技术问题，本专利技术采取的技术方案为：一种三金属PdNiRu超薄纳米片的制备方法，以油胺与油酸混合溶液作为溶剂，加入Pd(acac)
2 、Ru(acac)3和Ni(acac)2作为金属前驱体反应物，Mo(CO)6作为结构导向剂，将所取物质混合磁力搅拌均匀后，高压反应釜密封并转移至烘箱中，加热至180℃，并在180℃下保持3小时，待它们自然冷却至室温后，通过离心、用乙醇/环己烷混合物洗涤数次，收集黑色产物，干燥后即得PdNiRu纳米片，其中，所述的Mo(CO)
6 羰基化合物分解产生的一氧化碳作为结构导向剂来产生超薄厚度的纳米片。
[0006]作为改进的是，上述三金属PdNiRu超薄纳米片的制备方法，具体包括以下步骤：1) 金属前驱体溶液的制备：称取Pd(acac)2、Ru(acac)3、Ni(acac)2、Mo(CO)6，加入油胺和油酸作为混合溶剂，搅拌使其充分混合均匀得金属前驱体溶液；2) 三金属PdNiRu超薄纳米片的制备：将金属前驱体溶液，在高压釜里密封并转移到烘箱，加热至180℃，并在保持3h，然后冷却至室温经洗涤干燥即得PdNiRu纳米片。
[0007]优选地，步骤1）中所述的混合溶剂中油胺和油酸的体积比为4: 1。
[0008]优选地，所述的金属前驱体溶液中三种金属乙酰丙酮钯(II)、乙酰丙酮镍(II)和乙酰丙酮钌（III）的的占比相同，即Pd:Ni:Ru=1:1:1，其中，(II)和（III）代表对应金属元素在化合物中的价态）。
[0009]优选地，步骤2）中所述的干燥为在真空烘箱60℃下干燥过夜。
[0010]上述任一项方法制备得到的三金属PdNiRu超薄纳米片，所述三金属PdNiRu超薄纳米片为二维超薄纳米片结构，其厚度为3.5 nm。
[0011]上述任一项方法制备得到的三金属PdNiRu超薄纳米片作为燃料电池催化剂的应用。
[0012]本专利技术中所制备的三金属PdNiRu超薄纳米片的优异电催化性能主要归因于以下原因：（1）PdNiRu纳米片高度弯曲和超薄的结构特征可提供缺陷和表面应变；（2）Pd、Ni和Ru元素之间的协同效应存在于最顶层的原子层中，并有利于去除电催化反应中产生的中毒中间体（如CO吸附（CO
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ads）和OH吸附（OH
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ads）），此外已经发现金属Ni和Ru可构成活性氧、水或小有机分子的位点，并提高燃料电池的活性和耐久性；（3）Pd与Ni和Ru的合金化改变了Pd的表面电子结构和d带中心，这可以调节活化反应物分子或中间体的吸附/解吸能力并提高催化性能。
[0013]有益效果：与现有技术相比，本专利技术一种三金属PdNiRu超薄纳米片及其制备方法与应用，所制得的材料为超薄纳米片结构，且Pd、Ni、Ru三种元素均匀地分布在纳米片中，该材料能够作为燃料电池催化剂应用，具备优异的乙二醇氧化、氧还原电催化性能和稳定性。具有如下优势：1、本专利技术通过系统地设计电子结构和材料形貌，通过简单的一锅法合成了超薄PdNiRu纳米片，PdNiRu纳米片以石墨烯类二维纳米片结构为主，平均横向尺寸可以达到400 nm，厚度约为3.5 nm。高分辨率TEM（HRTEM）图像和相应的快速傅立叶变换（FFT）模式证明了非晶相和晶相的共存，超薄且高度弯曲，可以诱导纳米片之间的交织几何形状。PdNiRu纳米片的结构特征提供丰富的活性位点，并提高催化剂在催化反应中的催化性能；2.本专利技术通过简单、安全、高效可实现规模化生产的一锅溶剂热法制备三金属PdNiRu超薄纳米片，所得催化剂为一种新的阳极乙二醇氧化(EGOR)和阴极氧还原(ORR)双功能催化剂；3.本专利技术高性能非Pt纳米催化剂，电流
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时间曲线、循环稳定性和CO剥离试验表明，PdNiRu 纳米片比商用Pd/C具有更好的稳定性和CO耐受能力属于一个新型双功能非铂催化剂的制备方法，所选用的Pd基金属前驱体相对于Pt而言较为便宜、地球储量较为丰富，与传统制备Pd基催化剂的其他方法相比，该方法工艺简单易行、设备简单、安全高效；所得到的纳米片具有超薄弯曲褶皱结构，Pd、Ni、Ru三金属均匀地分布在整个纳米片中，所制得
ol Ru(acac)3、0.04mmol Ni(acac)2、32 mg Mo(CO)6、8 mL油酸和2 mL油酸加入到聚四氟乙烯反应釜中，磁力搅拌使其充分混合均匀，得到金属前驱体溶液；2) 三金属PdNiRu超薄纳米片的制备：将步骤1）制得的金属前驱体溶液，在高压釜里密封并转移到烘箱，加热至180℃并在该温度下保持3h，然后冷却至室温经洗涤干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三金属PdNiRu超薄纳米片的制备方法，其特征在于：以油胺与油酸混合溶液作为溶剂，加入Pd(acac)
2 、Ru(acac)3和Ni(acac)2作为金属前驱体反应物，Mo(CO)6作为结构导向剂，将所取物质混合磁力搅拌均匀后，高压反应釜密封并转移至烘箱中，加热至180℃，并在180℃下保持3小时，待自然冷却至室温后，通过离心、用乙醇/环己烷混合物洗涤数次，收集黑色产物，干燥后即得PdNiRu纳米片。2.根据权利要求1所述的三金属PdNiRu超薄纳米片的制备，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：1）金属前驱体溶液的制备: 称取Pd(acac)2、Ru(acac)3、Ni(acac)2、Mo(CO)6，加入油胺和油酸作为混合溶剂，搅拌使其充分混合均匀得金属前驱体溶液；2）三金属PdNiRu超薄纳米片的制备：将金属前驱体溶液，在高压釜里密封并转移到烘箱，加热至180℃，并保持3h，冷却至室温经洗涤...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐林，李显增，孙冬梅，唐亚文，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：