[發(fā)明專利]鈀納米顆粒-活性炭納米催化劑的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310281197.6
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103316672A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪信;胡辰堯;熊攀;付永勝;黃華杰;范曄;孫敬文;錢華玉;張文耀
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B82Y30/00;B82Y40/00;H01M4/92
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體是涉及一種鈀納米顆粒-活性炭納米催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

鈀基催化劑作為廣泛應(yīng)用于燃料電池、電化學(xué)催化和有機電合成等重要領(lǐng)域。近期研究表明，鈀基催化劑在燃料電池領(lǐng)域有著逐漸替代傳統(tǒng)鉑基催化劑的趨勢。在酸性介質(zhì)中，鈀基催化劑對甲酸電氧化的催化活性以及抗中毒性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的鉑基催化劑；同時，在堿性介質(zhì)中，鈀基催化劑也表現(xiàn)出了對小分子醇類極高的電催化活性。這些現(xiàn)象表明了鈀基催化劑在酸性以及堿性燃料電池領(lǐng)域中有很好的研究前景，研制鈀基催化劑不但可以擺脫對金屬鉑的依賴性，而且還能大大降低催化劑成本。

鈀-活性炭復(fù)合催化劑是最為常用的鈀基催化劑。將鈀納米顆粒負(fù)載在活性炭表面可以提高其的分散性，獲得更高的電化學(xué)活性比表面積（ECSA）以達(dá)到更高的催化效率。但是現(xiàn)階段報道的制備方法仍然有著較為嚴(yán)重的缺陷，制約了鈀基催化劑的應(yīng)用。文獻(xiàn)《Boron-Doped?Palladium?Nanoparticles?on?Carbon?Black?as?a?Superior?Catalyst?for?Formic?Acid?Electro-oxidation.?J.?Phys.?Chem.?C,?2009,?113?(19),?8366–8372》報道了一種硼參雜活性炭作為載體的Pd-B/C納米催化劑，該方法使用二甲基胺基硼烷對活性炭進(jìn)行改性，并使用PdCl₂作為鈀前驅(qū)體，制備得到了鈀-活性炭催化劑，其中鈀納米顆粒的平均粒徑為3.6nm。但是該方法所使用的二甲基胺基硼烷價格較高，且制備方法較為復(fù)雜，無法應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中。因此，如何設(shè)計并制備出分散良好，且催化性能高的鈀基催化劑成為了該領(lǐng)域的研究的重點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種以活性炭為支撐材料，在不使用穩(wěn)定劑的條件下制備得到鈀納米顆粒-活性炭納米催化劑。其中鈀納米顆粒的平均粒徑為2.7nm，且分布均勻，且該催化劑有著極高的電化學(xué)活性比表面積（ECSA）與電催化活性。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種鈀納米顆粒-活性炭納米催化劑的制備方法，其特征在于所述催化劑按以下步驟制備：

第一步，將活性炭在溶劑中超聲分散得活性炭膠體溶液；

第二步，將硝酸鈀溶液加入第一步所得的活性炭膠體溶液中，向其中加入水合肼，并攪拌；

第三步，將第二步得到的混合液經(jīng)過濾、洗滌、干燥后獲得鈀納米顆粒-活性炭納米催化劑。

???其中，步驟一中所述的活性炭為Vulcan^??XC-72R；所述的溶劑選用去離子水、乙二醇或乙醇的一種或幾種。

步驟二中所述硝酸鈀溶液為Pd(NO₃)₂與HNO₃的混合溶液，摩爾比為3.73~4.96:1；Pd(NO₃)₂與活性炭的質(zhì)量比為0.079~0.475:1。

步驟三中所述的水合肼溶液濃度為85?wt%。

步驟四中所得到的鈀納米顆粒-活性炭納米催化劑中鈀納米顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5~30?wt%。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：（1）創(chuàng)新地應(yīng)用了Pd(NO₃)₂溶液作為Pd前驅(qū)體，同時采用廉價的活性炭為載體，且無需任何預(yù)處理；（2）所得催化劑中鈀納米顆粒的平均粒徑為2.7nm，因此該催化劑擁有極高的電化學(xué)活性比表面積（ECSA）與電催化活性;（3）所有反應(yīng)均在常溫常壓下進(jìn)行，反映條件溫和，且不需使用價格昂貴的穩(wěn)定劑；（4）應(yīng)用本發(fā)明制備的鈀納米顆粒-活性炭納米催化劑在燃料電池方面具有較好的應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益。

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下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1?本發(fā)明鈀納米顆粒-活性炭納米催化劑制備的示意圖；

圖2?本發(fā)明實例3所得鈀納米顆粒-活性炭（20?wt%）納米復(fù)合材料的XRD圖譜；

圖3?本發(fā)明實例3所得鈀納米顆粒-活性炭（20?wt%）納米復(fù)合材料的TEM照片。

具體實施方式

下面的實施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明。

結(jié)合附圖1，鈀納米顆粒-活性炭（5~30?wt%）納米催化劑，由以下步驟制備而得：

第一步，將活性炭Vulcan^??XC-72R在溶劑中超聲分散得活性炭膠體溶液；