[發(fā)明專(zhuān)利]具有高電催化甲醇氧化活性的鈀-銅合金/還原氧化石墨烯復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710899220.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107785591B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王義;崔雪雪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/92
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/92;H01M8/1011;B82Y30/00
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31233
• 代理人: 黃志達(dá);魏峯

本發(fā)明涉及一種具有高電催化甲醇氧化活性的鈀?銅合金/還原氧化石墨烯復(fù)合材料，具有分級(jí)的多孔結(jié)構(gòu)，多孔型鈀?銅合金納米顆粒分散的負(fù)載于還原的氧化石墨烯表面上；其制備過(guò)程是將CuCl₂.2H₂O溶液和K₂PdCl₄溶液依次加入到分散均勻的氧化石墨烯溶液中，然后加入還原劑反應(yīng)，分離，洗滌，干燥，得到鈀?銅合金/還原氧化石墨烯復(fù)合材料。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單，易于操作，原料成本低，無(wú)需高溫高壓，不使用穩(wěn)定劑，不使用有機(jī)溶劑，易于生產(chǎn)；制備得到的鈀?銅合金/還原氧化石墨烯復(fù)合材料具有高分散性、大的比表面積和高催化活性，對(duì)甲醇電催化氧化活性和穩(wěn)定性具有協(xié)同增強(qiáng)作用，用作直接甲醇燃料電池的陽(yáng)極催化劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米催化材料領(lǐng)域，特別涉及一種具有高電催化甲醇氧化活性的鈀-銅合金/還原氧化石墨烯復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

直接甲醇燃料電池(DMFC)由于能量密度高、環(huán)境污染小、可持續(xù)再生、便于存儲(chǔ)攜帶，被認(rèn)為是便攜式電子設(shè)備和汽車(chē)工業(yè)中具有廣闊應(yīng)用前景的電源裝置。研究出改善甲醇氧化反應(yīng)(MOR)的陽(yáng)極動(dòng)力學(xué)遲滯的高效電催化劑是DMFC研究課題中的一個(gè)重要組成部分。

傳統(tǒng)上，Pt或Pt基材料由于優(yōu)異的催化性能，被認(rèn)為是最有效的電催化劑。然而，Pt基材料的高成本、低豐度和較差的抗“中毒”能力阻礙了其在DMFCs中大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。相比較而言，一些較便宜的貴金屬或非貴金屬催化劑，例如Pd，Cu，Co，Ni，F(xiàn)e等逐漸引起了人們的重視。其中，較低成本的Pd基材料，由于其優(yōu)異的催化活性和強(qiáng)的“毒性”耐受性被人們廣泛研究。然而，單純Pd金屬催化劑仍然存在利用效率不足，電化學(xué)穩(wěn)定性差和可用性低等缺點(diǎn)。解決這些問(wèn)題的一個(gè)策略是將Pd與其他非貴金屬合金化，從而制備出Pd基二元或三元金屬催化劑。在這其中，PdCu納米晶體一直是研究的熱點(diǎn)，這得益于雙金屬Pd和Cu的組成在催化中產(chǎn)生特殊的電子效應(yīng)。遺憾的是，由于PdCl₄^2-和Cu²⁺之間的不同還原電位和雙金屬納米晶體的高表面能，通常導(dǎo)致所合成的PdCu納米顆粒不均勻的合金化或嚴(yán)重的聚集，因此降低了其催化性能。雖然有報(bào)道采用各種穩(wěn)定劑，如表面活性劑或聚合物，可以合成具有規(guī)則形貌和高分散性的PdCu納米晶，但使用這些穩(wěn)定劑勢(shì)必增加了制備成本，也導(dǎo)致了催化活性的降低。另外，制備能夠充分暴露其催化活性位的多孔PdCu納米晶仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單的、無(wú)穩(wěn)定劑添加的制備方法，制備出分散的、具有等級(jí)多孔結(jié)構(gòu)的PdCu納米晶，使其充分暴露催化活性位，對(duì)于DMFC中陽(yáng)極甲醇氧化是非常重要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有高電催化甲醇氧化活性的鈀-銅合金/還原氧化石墨烯復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，該制備方法簡(jiǎn)單，易操作，成本低，制備得到的鈀-銅合金/還原氧化石墨烯復(fù)合材料具有大比表面積和高催化活性。

本發(fā)明的一種具有高電催化甲醇氧化活性的鈀-銅合金/還原氧化石墨烯復(fù)合材料，具有分級(jí)的多孔結(jié)構(gòu)，多孔型鈀-銅合金納米顆粒分散的負(fù)載于還原的氧化石墨烯表面上，分散均勻。

所述納米顆粒是“手指狀”的納米桿堆積而成；鈀-銅合金納米顆粒尺寸為60～90nm。

本發(fā)明的一種具有高電催化甲醇氧化活性的鈀-銅合金/還原氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為：

將CuCl₂.2H₂O溶液和K₂PdCl₄溶液依次加入到分散均勻的氧化石墨烯溶液中，然后加入還原劑反應(yīng)，分離，洗滌，干燥，得到具有高電催化甲醇氧化活性的鈀-銅合金/還原氧化石墨烯復(fù)合材料，其中氧化石墨烯、CuCl₂.2H₂O、K₂PdCl₄和還原劑的質(zhì)量比為(0.1～10)：(0.1～2.2)：(0.5～10)：(4～80)，氧化石墨烯溶液的濃度為0.1～20mg/ml。