【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于质子交换膜燃料电池，具体涉及一种钯基催化剂hf-pd及其制备方法与应用。
技术介绍
1、燃料电池因其高发电效率和低环境污染而被认为是最有前途的能源。氧还原反应(orr)是全电池的半反应，直接决定了燃料电池的发展，其缓慢的动力学反应严重影响了燃料电池的性能，因此需要使用较高活性的催化剂。酸性条件下，性能最好的催化剂主要为pt基催化剂，但是pt在地球上的储量较低且价格高昂，需要发展pt的替代型催化剂以减弱对pt的依赖性。在orr催化过程中，pd与pt对于关键反应中间体的吸附能力相近，并且在氢氧化物的存在下难以在铂族金属上获得最佳的氧结合强度，如何在酸性环境中提高orr活性仍然颇具挑战。通过合金化等策略可以提升pd催化orr的活性，但是酸性条件下pd的稳定性较差。因此，本工作的目的在于开发高稳定性的pd基氧还原催化剂应用在质子交换膜燃料电池领域中。
2、近年来，具有原子层厚度的二维金属材料是极具前景的电催化材料。主要是因为与其他的催化剂以及二维材料相比，金属烯具有成分简单、较大比表面积、高导电性、丰富的金属活性位点和强大的催化活性等特点，是作为燃料电池等的催化剂的不二选择。金属烯是一种具有密堆积以及高对称性的晶体结构并且由一层或几层金属原子构成的二维材料。其金属烯主要是由配位不足的金属原子组成的原子薄层，并且选择的金属几乎来源于稀有并且昂贵的贵金属成分。并应用于高效的氧还原反应并作为质子交换膜燃料电池正极材料是一种明智的策略。
技术实现思路
1、解决的技术问题：
2、本申请针对现有氧还原反应缓慢的动力学反应严重影响了燃料电池的性能，pt在地球上的储量较低且价格高昂，酸性条件下pd的稳定性较差等技术问题，提供了一种钯基催化剂hf-pd及其制备方法与应用；本专利技术方法简易通用，成本低廉，而且制得的hf-pd材料作为氧还原电催化剂表现出优异的活性和稳定性，及作为质子交换膜燃料电池正极材料表现出良好的功率密度。
3、技术方案：
4、为实现上述目的，本申请通过以下技术方案予以实现：
5、一种钯基催化剂hf-pd的制备方法，具体包括以下步骤：
6、s1、制备氯亚钯酸钾溶液和氯化铪混合溶液：将0.1～0.5g氯亚钯酸钾溶解于2～10ml n,n-二甲基甲酰胺，超声处理，最终得到0.1～0.5m的氯亚钯酸钾溶液；将0.1～0.5g氯化铪溶解于2～10
7、ml n,n-二甲基甲酰胺，超声处理，最终得到0.1～0.5m的氯化铪溶液；
8、s2、制备hf-pd双金属纳米材料：将0.1～1.5g氢氧化钾溶解于2～10ml n-n二甲基甲酰胺和2～10ml乙二醇混合溶剂中，超声处理，超声时间是10～30min，随后加入0.1～0.5ml的0.1～0.5
9、m的氯亚钯酸钾溶液和0.1～0.5ml的0.1～0.5m的氯化铪溶液，接着加入2～10ml二乙烯三胺，再将得到的混合溶液放置在50ml有特氟隆内衬的不锈钢反应釜中，密封并在120～220℃、
10、2～16h的加热条件下进行反应，待反应釜冷却至室温后，离心收集hf-pd双金属纳米材料，用乙醇完全洗涤提纯，随后放入烘箱中烘干收集hf-pd双金属纳米材料即钯基催化剂hf-pd。
11、进一步地，所述s1中超声处理的超声机的工作频率为20～100千赫兹，工作时间是5～30min。
12、进一步地，所述s1中超声处理的时间为10～30min。
13、进一步地，所述s2离心速度为6000～12000r/min。
14、本申请还公开了上述任一制备方法制得的钯基催化剂hf-pd。
15、本申请还公开了钯基催化剂hf-pd在燃料电池正极材料中的应用。
16、本申请还公开了钯基催化剂hf-pd在酸性氧还原反应催化剂中的应用。
17、本申请技术原理为：以氯亚钯酸钾、氯化铪为金属源，氢氧化钾与n,n-二甲基甲酰胺反应生成co，co可以还原pd前驱体并吸附在pd(111)面上，从而促进pd纳米结构的形成。同时，氨基配体deta可以与金属前驱体反应形成螯合物，有效减缓还原速度并保证金属烯结构的生成。此外，hf原子通过欠电势沉积逐渐融入pd中，由于其堆垛层错能远低于pd，因此可以进一步降低板状种子生成的能垒，最终得到hf-pd双金属烯的催化材料。该材料形貌，呈弯曲超薄片状，暴露了orr更高的活性位点。此外hf掺入pd可以优化电子结构，从而促进氧活化，优化氧吸附能，所得到的材料在酸性条件下具优异的稳定性能。
18、有益效果：
19、本申请提供了一种钯基催化剂hf-pd及其制备方法与应用，与现有技术相比，具备以下有益效果：
20、1.hf具有抗氧化性，耐腐蚀，耐高温，hf掺入pd可以优化电子结构，调节表面pd位点的反应活性和耐久性，从而促进氧活化，优化氧吸附能，暴露orr更高的活性位点；
21、2.所选用的dmf在二维纳米材料的合成中发挥着重要作用，在高温下，dmf在koh的存在下分解产生co，co可吸附在核的(111)面上，有效诱导二维纳米结构的选择性生长；
22、3.hf-pd双金属烯具有独特的二维结构可以抑制其溶解和聚集，表现出优异的催化稳定性；
23、4.hf原子的加入改善了hf-pd中的d带中心，使其比单金属pd更接近费米能级，这一变化有利于orr中间体的活化；
24、5.与现有技术检测数据对比，hf-pd比商业化pt/c材料表现出较大提升的氧还原活性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种钯基催化剂Hf-Pd的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种钯基催化剂Hf-Pd的制备方法，其特征在于，所述S1中超声处理的超声机的工作频率为20～100千赫兹，工作时间是5～30min。
3.根据权利要求2所述一种钯基催化剂Hf-Pd的制备方法，其特征在于，所述S1中超声处理的时间为10～30min。
4.根据权利要求1所述一种钯基催化剂Hf-Pd的制备方法，其特征在于：所述S2离心速度为6000～12000r/min。
5.一种由权利要求1-4任一所述制备方法制得的钯基催化剂Hf-Pd。
6.一种权利要求5所述钯基催化剂Hf-Pd在质子交换膜燃料电池正极材料中的应用。
7.一种权利要求5所述钯基催化剂Hf-Pd在燃料电池正极材料中的应用。
8.一种权利要求5所述钯基催化剂Hf-Pd在酸性氧还原反应催化剂中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种钯基催化剂hf-pd的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种钯基催化剂hf-pd的制备方法，其特征在于，所述s1中超声处理的超声机的工作频率为20～100千赫兹，工作时间是5～30min。
3.根据权利要求2所述一种钯基催化剂hf-pd的制备方法，其特征在于，所述s1中超声处理的时间为10～30min。
4.根据权利要求1所述一种钯基催化剂hf-p...
【专利技术属性】
技术研发人员：钱涛，李同飞，许舒雅，杜天恒，戴欣懿，张莉芳，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。