液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法，该方法为：90℃～120℃下，用浓硝酸对活性炭XC

【技术实现步骤摘要】
液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法及其应用


[0001]本专利技术属于电催化剂
，具体涉及一种液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法及其应用。

技术介绍

[0002]燃料电池能够按照电化学方式直接将储存在燃料中的化学能转化为电能。按照燃料种类的不同，目前研究较为广泛的有氢燃料电池，直接甲醇燃料电池等。
[0003]直接甲醇燃料电池(DMFC)是质子交换膜燃料的一种，是以甲醇为燃料、空气为氧化剂、将化学能转化为电能的能量转化装置。相较于氢燃料燃料电池，DMFC具有安全、便于运输储备，能量转化率高，无环境污染，体积小，重量轻等优点。因而备受研究者关注，在航天、交通、通讯等前沿领域有着良好的应用前景与潜力。发展直接甲醇燃料电池的关键技术在于开发高效稳定的阳极MOR催化剂。
[0004]目前，Pt基催化剂仍是DMFC阳极的主流催化剂，大多数研究集中在开发Pt或者PtM(M＝Ru、Fe、Co、Ni、Cu)合金上，又或者设计新型具有大比表面积、功能化、掺杂型的载体、亦或者降低Pt含量，合成低Pt含量的单原子催化剂，但是催化剂的稳定性问题仍需进一步改善。限制Pt基催化剂商业化应用的关键问题在于(1)Pt作为贵金属的稀缺性导致的催化剂成本过高。(2)阳极动力学缓慢造成的活性低。(3)Pt基催化剂与甲醇氧化过程中产生的CO
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中间体存在特性吸附致使催化剂的中毒。(4)在酸性碱性电解液环境中，催化剂的活性金属发生团聚，流失现象导致的失活。分析以上问题的成因，不难得出开发高分散度的且具有高活性和稳定性的非Pt基催化剂是实现直接甲醇商业化应用的关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法及其应用，该负载型PdNi合金电催化剂具有良好的电催化性能和稳定性。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法，该方法为：
[0007]S1、在温度为90℃～120℃的条件下，用浓度为5.0mol/L的浓硝酸对活性炭XC
‑
72R搅拌回流进行氧功能化处理6h，然后抽滤，用去离子水洗涤至中性，然后在温度为110℃的条件下干燥后，得到氧功能化后的炭载体；
[0008]S2、将S1中得到的氧功能化后的炭载体超声分散于分散液中，然后滴加水合肼，混合均匀后，加入浓度为1mg/mL～5mg/mL的可溶性Pd
2+
盐水溶液，然后加入浓度为1mg/mL～5mg/mL的可溶性Ni
2+
盐水溶液，搅拌30min后，用去离子水抽滤洗涤3遍，再用乙醇抽滤洗涤3遍，然后在温度为70℃的条件下真空干燥12h，得到负载型PdNi合金电催化剂。
[0009]优选地，S1中所述氧功能化处理的时间为6h～12h。
[0010]优选地，S2中所述分散液为乙二醇或者聚乙二醇400。
[0011]优选地，S2中所述氧功能化后的炭载体、分散液、水合肼的用量比为50mg：50mL：(1～6)mL。
[0012]优选地，S2中所述可溶性Pd
2+
盐水溶液中的可溶性Pd
2+
盐包括PdCl2、Na2PdCl4或者K2PdCl4；所述可溶性Ni
2+
盐水溶液中的可溶性Ni
2+
盐包括Ni(NO3)2或者NiCl2。
[0013]S2中所述可溶性Pd
2+
盐水溶液和所述可溶性Ni
2+
盐水溶液中Pd元素和Ni元素的最佳摩尔比为3:1。
[0014]优选地，S2中所述负载型PdNi合金电催化剂的平均粒径为3nm～4nm。
[0015]本专利技术还提供了上述制备方法制备的负载型PdNi合金电催化剂的应用，所述负载型PdNi合金电催化剂用于修饰在玻碳电极的表面，在碱性环境下对甲醇进行电催化氧化，可用于碱性环境下直接甲醇燃料电池阳极催化剂。
[0016]优选地，所述负载型PdNi合金电催化剂对甲醇电催化氧化的电位范围为
‑
0.9V～0.3V，氧化峰值电流为1692.3mA
·
mg
‑
1Pd
～2202.9mA
·
mg
‑
1Pd
。
[0017]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0018]1、本专利技术中，氧功能化后的活性碳表面具有大量的含氧官能团，含氧官能团不仅有利于合金纳米粒子的分散与锚定，而且还有利于促进电解液中的水解离形成吸附态的OH
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，这有助于氧化甲醇氧化过程中生成的毒化物种中间体CO
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，同时，氧功能化后的活性炭作为催化剂的载体可以有效地提高贵金属的利用率，大大提高电池的效率。
[0019]2、本专利技术利用水合肼液相还原法进行合成，与传统水热法、微波合成法相比较，该方法具有耗时短、操作简便、成本低、节能、效率高等特点，本专利技术制备的负载型PdNi合金电催化剂为非铂合金催化剂，成本低，制备步骤简单，反应条件温和，电催化反应活性高，催化剂稳定性好；同时，本催化体系还具有环境友好，无副产品，能量密度大等特点，具有广泛的工业应用前景。
[0020]3、将本专利技术制备的负载型PdNi合金电催化剂修饰在玻碳电极(GCE)表面，研究碱性环境下对甲醇的电催化氧化性能，具有良好的电催化性能和稳定性，能够解决直接甲醇燃料电池阳极催化剂的成本过高、催化剂容易中毒失活的问题。
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。
附图说明
[0022]图1是本专利技术的实施例1制备的负载型PdNi合金电催化剂在1MKOH+1M CH3OH溶液中的循环伏安(CV)图。
[0023]图2是本专利技术的实施例1制备的负载型PdNi合金电催化剂的透射电镜图。
具体实施方式
[0024]实施例1
[0025]本实施例的液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法，该方法为：
[0026]S1、在温度为90℃的条件下，用浓度为5.0mol/L的浓硝酸对活性炭XC
‑
72R搅拌回流进行氧功能化处理6h，然后抽滤，用去离子水洗涤至中性，然后在温度为110℃的条件下干燥后，得到氧功能化后的炭载体；
[0027]S2、将50.0mg的S1中得到的氧功能化后的炭载体超声分散于50.0mL分散液(乙二
醇)中，然后滴加1mL水合肼，混合均匀后，加入18.10mL浓度为1mg/mL的可溶性Pd
2+
盐水溶液(PdCl2)，然后加入3.33mL浓度为1mg/mL的可溶性Ni
2+
盐水溶液(Ni(NO3)2)，搅拌30min后，用去离子水抽滤洗涤3遍，再用乙醇抽滤洗涤3遍，然后在温度为70℃的条件下真空干燥12h本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法，其特征在于，该方法为：S1、在温度为90℃～120℃的条件下，用浓度为5.0mol/L的浓硝酸对活性炭XC
‑
72R搅拌回流进行氧功能化处理，然后抽滤，用去离子水洗涤至中性，然后在温度为110℃的条件下干燥后，得到氧功能化后的炭载体；S2、将S1中得到的氧功能化后的炭载体超声分散于分散液中，然后滴加水合肼，混合均匀后，加入浓度为1mg/mL～5mg/mL的可溶性Pd
2+
盐水溶液，然后加入浓度为1mg/mL～5mg/mL的可溶性Ni
2+
盐水溶液，搅拌30min后，用去离子水抽滤洗涤3遍，再用乙醇抽滤洗涤3遍，然后在温度为70℃的条件下真空干燥12h，得到负载型PdNi合金电催化剂。2.根据权利要求1所述的一种液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法，其特征在于，S1中所述氧功能化处理的时间为6h～12h。3.根据权利要求1所述的一种液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法，其特征在于，S2中所述分散液为乙二醇或者聚乙二醇400。4.根据权利要求1所述的一种液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法，其特征在于，S2中所述氧功能化后的炭载体、分散液、水合肼的用量比为50mg：50mL：(1～6)mL。5.根据权利要求1所述的一种液相还原法制备负载型PdNi合金电催化剂的方法，其特征在于，S2中所述可溶性P...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭鹏，赵新红，季东，李红伟，李贵贤，王东亮，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：