一种缺陷态Pd纳米片电催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种缺陷态Pd纳米片电催化剂及其制备方法，属于电池催化剂技术领域；是将乙酰丙酮钯、六羰基钼加到二甲基甲酰胺和乙酸的混合溶液中充分反应得到缺陷态Pd纳米片；乙酰丙酮钯、六羰基钼、二甲基甲酰胺与乙酸的摩尔量比为1:0.1

【技术实现步骤摘要】
一种缺陷态Pd纳米片电催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于电池催化剂
，涉及一种二维金属纳米材料，具体为一种缺陷态Pd纳米片电催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]可持续能源转换和储存技术已被公认为是传统化石燃料能源的替代品，以适应全球气候和环境变化的挑战。在这些可持续能源设备的应用中，通过阴极催化剂材料反应动力学往往较为迟缓。特别是在燃料电池和金属空气电池中发生的阴极氧还原反应（ORR）已经成为一个瓶颈，严重限制了其实际应用的整体效率。因此，必须采用高效的催化剂来实现能源转换系统（如氢氧燃料电池和金属空气电池）中可持续能源装置的低能量低障碍运行。
[0003]迄今为止，基于铂族金属（PGM）的电催化剂在包括ORR在内的几乎所有类型的电催化反应中都表现出优良的催化活性和耐久性。然而，铂族金属催化剂的高成本、低地球丰度和较差的环境耐受性阻碍了它们作为ORR催化剂的广泛应用，这敦促人们努力进一步提高催化剂的质量活性并降低负载量。虽然有一些策略，如合金化，表面晶格应变，和优化原子配位环境等，使PGM在酸性条件下的ORR活性有显著提升。然而，提高PGM在碱性环境中的ORR活性仍然是一项挑战，因为在碱性条件下，铂族金属PGM表面很难实现适合的氧结合强度。因此，开发具有更高的活性和更普遍的pH值耐受性的新型铂族金属催化剂，将是扩大铂族金属催化剂在高效益能源工程应用中的突破口。
[0004]对于Pd催化剂，除电子结构修饰外，由于电化学反应通常发生在催化剂表面，因此最大限度地增加催化活性位点的数量是提高Pd基纳米催化剂电催化性能的有效策略。为了最大限度地增加反应物或中间物种的活性吸附位点，提出了包括几何结构设计、表面改性和界面工程等先进的工程策略。堆垛层错会改变催化性能，因为堆垛层错表面的原子具有低配位数，并且可能具有显著的晶格应变，促进活性位点吸附反应物和中间体的吸脱附。因此，制备具有高密度堆垛层错的Pd纳米片对于提升催化性能和质量活性是非常必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术克服了现有技术的不足，提出一种缺陷态Pd纳米片电催化剂及其制备方法，解决传统方法合成的贵金属纳米材料元素组成、尺寸和形貌不可控的缺陷，构建了高密度的堆垛层错结构，以综合提高二维贵金属纳米片的电催化剂性能。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的。
[0007]一种缺陷态Pd纳米片电催化剂的制备方法，将乙酰丙酮钯、六羰基钼加到二甲基甲酰胺和乙酸的混合溶液中充分反应得到缺陷态Pd纳米片；乙酰丙酮钯、六羰基钼、二甲基甲酰胺与乙酸的摩尔量比为1:0.1
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1:1000
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10000:100
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1000；反应过程中混合溶液的温度为0℃
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100℃。
[0008]优选的，反应过程中混合溶液的温度为50℃
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70℃。
[0009]更优的，混合溶液中二甲基甲酰胺溶液与乙酸溶液的摩尔比为4
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5:1。
[0010]优选的，所述的充分反应是搅拌状态下进行的，所述搅拌的时间为0.5h
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24h。
[0011]更优的，所述搅拌的时间为1h
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2h。
[0012]优选的，充分反应之后，将得到的固液混合物多次分离并清洗，得到黑色固体；将所述黑色固体干燥，得到缺陷态Pd纳米片。
[0013]更优的，所述清洗采用的清洗液是无水乙醇。
[0014]更优的，所述干燥为冷冻干燥或真空烘干。
[0015]一种缺陷态Pd纳米片电催化剂，采用所述一种缺陷态Pd纳米片电催化剂的制备方法制备得到。
[0016]本专利技术相对于现有技术所产生的有益效果为：本专利技术合成的缺陷态Pd纳米片电催化剂是一种高效电催化剂，可用于燃料电池、金属空气电池，以及电化学氧气还原反应过程中。在低温加热过程中，分散在极性溶剂（二甲基甲酰胺）中的乙酰丙酮钯与六羰基钼得到充分的还原，与此同时，充足的二价钯离子会将钼元素置换出，剩余钼元素的位置发生迁移，这些过程交织循环，形成多孔的Pd结构，并且在低温快速合成的过程当中，产生了大量的层错结构，这些协同作用促进缺陷态纳米片电催化剂的合成。
[0017]与现有技术相比，缺陷态Pd纳米片电催化剂一方面使得材料具有丰富的缺陷与晶格失配，这会调节局部电子环境，提供优越的催化性能。另一方面，独特的多孔结构使得材料具有大的比表面积，可以为电荷传输和质量传递提供更多的“空间”，同时，孔洞和层错结构的形成暴露了大量对催化有利的低指数晶面，在晶面边缘具有许多高反应性的原子台阶，这些作为不饱和活性位点，可以大大提高电催化活性。
[0018]综上，结合两者的优势，使得制备的一种缺陷态Pd纳米片电催化剂具有极佳的电催化应用前景。本专利技术方法产量高，易操作，有利于对二维贵金属纳米材料进一步科学研究和推广应用。
附图说明
[0019]图1为实施例1制备的Pd 纳米片的扫描透射电子显微镜图。
[0020]图2为实施例1制备的Pd 纳米片的元素分布图。
[0021]图3为实施例1制备的Pd 纳米片的选区衍射图。
[0022]图4为实施例1制备的Pd 纳米片多孔形态的高分辨透射电子显微镜图。
[0023]图5为实施例1制备的Pd 纳米片多层错的高分辨透射电子显微镜图。
[0024]图6为实施例1制备的Pd 纳米片与商业铂碳催化剂在0.1 M KOH中的LSV曲线（转速为1600 rpm）。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合实施例及附图详细说明本专利技术的技术方案，但保护范围不被此限制。
[0026]实施例1
一种缺陷态Pd纳米片电催化剂，采用以下方法制备得到，具体步骤为：首先将2mmol（608mg）乙酰丙酮钯和0.4mmol（105.6mg）六羰基钼加入到400mL二甲基甲酰胺与乙酸的混合溶液中，加热至60℃下搅拌2h；所述混合溶液中含有5mol（365g）二甲基甲酰胺、1mol（60mg）乙酸。
[0027]然后，将反应后的固液混合物离心分离，得到黑色固体产物。将产物用无水乙醇清洗5次，并冷冻干燥，得到产物Pd纳米片。
[0028]图1为实施例1制备的Pd 纳米片的高角环形暗场扫描透视电子显微镜图，从图1中可以看出，实施例1制备的样品形貌为纳米片。
[0029]图2为实施例1制备的Pd 纳米片的元素分布图，从图2中可以看出，实施例1得到的样品只有Pd元素。
[0030]图3为实施例1制备的Pd 纳米片的选区衍射图，从图3中可以看出，所得到的Pd 纳米片是多晶结构。
[0031]图4为实施例1制备的Pd纳米片多孔形态的高分辨透射电子显微本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缺陷态Pd纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，将乙酰丙酮钯、六羰基钼加到二甲基甲酰胺和乙酸的混合溶液中充分反应得到缺陷态Pd纳米片；乙酰丙酮钯、六羰基钼、二甲基甲酰胺与乙酸的摩尔量比为1:0.1
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1:1000
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10000:100
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1000；反应过程中混合溶液的温度为0℃
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100℃。2.根据权利要求1所述的一种缺陷态Pd纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，反应过程中混合溶液的温度为50℃
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70℃。3.根据权利要求1所述的一种缺陷态Pd纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于，混合溶液中二甲基甲酰胺溶液与乙酸溶液的摩尔比为4
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5:1。4.根据权利要求1所述的一种缺陷态Pd纳米片电催化剂的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊杰，王旭东，申永庆，宋艳慧，卫泽彬，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：