[發明專利]一種鈀釕/多壁碳納米管催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201210408263.7
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102886260A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 李琴;丁亮;周丹丹;崔皓;張秋;李保菊;錢言;翟建平
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01J23/46
• 分類號: B01J23/46;H01M4/92
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

?

技術領域

本發明屬于無機材料領域，具體涉及一種催化材料及其制備方法，特別是一種具有高電化學氧化還原特性的鈀釕/多壁碳納米管（PdRu/MWNT）催化劑及其制備方法。

背景技術

近年來，關于制備高電化學活性和穩定性的催化材料，并將制備的材料運用于電化學檢測，燃料電池，污染物的氧化還原的研究，受到了材料和電化學領域的專家們的青睞。特別是優良的電催化材料的制備，更是研究的重點之一。鈀納米材料具有良好的電催化活性，但是純鈀納米材料容易發生團聚，嚴重限制了材料的催化能力。為了提高貴金屬材料鈀的電催化活性和利用率，一般將金屬鈀納米材料負載在比表面積較大的材料上，如活性炭、碳納米管、腐植酸等。

近幾年的研究發現，將氧化物作為載體材料（碳納米管）和催化活性材料（鈀納米顆粒）的中間載體，不僅可以提高材料的電催化活性，使用壽命，還可以增強材料的抗腐蝕能力，降低材料表面活性區域的退化能力。單純的鈀/多壁碳納米管已有研究，且表現出良好地電化學氧化還原活性；為進一步提高材料的電化學性能，加入金屬釕，作為摻雜金屬，以期進一步提高材料的電化學性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有高電催化活性的鈀釕/多壁碳納米管（PdRu/MWNT）催化劑及其制備方法。

本發明的鈀釕/多壁碳納米管催化劑，是以鈀（Pd）納米顆粒為催化活性組分，以釕（Ru）作為摻雜金屬，以多壁碳納米管為載體，其中鈀相對多壁碳納米管的質量分數為10～30%，金屬釕相對于金屬鈀的質量比為0.01～0.2，（即金屬釕相對于為多壁碳納米管的質量比為0.01%～0.5%）。

此外，本發明還提供了制備上述P鈀釕/多壁碳納米管（PdRu/MWNT）催化劑的方法，包括以下步驟：

1）將多壁碳納米管置于濃硫酸和濃硝酸的混合酸中，?80～100?°C恒溫超聲反應6～8?h，去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，低溫干燥，得到功能基團化的多壁碳納米管材料；

2）稱取氯化鈀(PbCl₂)分散于去離子水中，于50°C恒溫超聲20～30?min，得到均勻的氯化鈀水溶液，其中鈀離子濃度為0.05?mg/L～0.2?mg/L；

3）稱取三氯化釕（RuCl₃）分散于去離子水中，得到均勻的三氯化釕水溶液，其中釕離子濃度為0.05?mg/L～0.2?mg/L；

4）取步驟1）制得的多壁碳納米管材料，攪拌分散于去離子水中，持續快速攪拌10～15?min后，逐滴加入步驟2）得到的氯化鈀水溶液，加入量為水溶液中的鈀離子相對多壁碳納米管的質量分數為10～30%，繼續攪拌1～2?h后，再加入三氯化釕溶液，加入量為溶液中的金屬釕離子相對于多壁碳納米管的質量比為0.1%～5%；持續攪拌1～2h后，逐滴加入過量還原劑硼氫化鈉溶液，繼續攪拌6～8?h后，洗滌過濾，烘干，得到鈀釕/多壁碳納米管（PdRu/MWNT）催化劑。

作為本發明的改進，步驟1）中混合酸中濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1。

本發明與現有技術比較具有以下有益效果：

在鈀/多壁碳納米管復合材料中摻雜金屬釕可以進一步提高材料的電催化活性和使用壽命。本發明的制備方法中，先將多壁碳納米管進行預處理，增加其表面官能團含量，以達到提高材料電化學活性的目的；利用硼氫化鈉作為還原劑，將鈀和釕納米顆粒負載到多壁碳納米管材料上，所得的鈀釕/多壁碳納米管（PdRu/MWNT）催化劑具有良好且穩定的電催化活性。

附圖說明

圖1是利用化學法合成的產物PdRu/MWNT的TEM圖；

圖2是在0.5M硫酸+0.5M甲酸體系下，兩種PdRu/MWNT催化劑和Pd/MWNT修飾電極的循環伏安曲線，掃描速率為20?mV/s。

圖3是在0.5M硫酸+0.5M甲酸體系下，兩種PdRu/MWNT催化劑和Pd/MWNT修飾電極在0.2V恒電位條件下電流隨時間的變化曲線。

具體實施方式

?以下結合具體實施例對本發明作進一步說明。

實施例1

1）將碳納米管置于濃硫酸和濃硝酸的混合酸中，混合酸中濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1，?80?°C恒溫超聲反應6?h，去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，低溫干燥，得到功能基團化的多壁碳納米管材料；