[發(fā)明專利]用于電催化甲醇氧化的枝狀PdPt納米顆粒及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710937869.2
• 申請(qǐng)日: 2017-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN109599570B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧意達(dá);張媛;胡文彬;張金鳳;何宇;鐘澄;韓曉鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/92
• 分類號(hào): H01M4/92;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發(fā)明提供用于電催化甲醇氧化的枝狀PdPt納米顆粒及其制備方法，將鈀鹽與一定濃度的鹽酸按一定比例混合，得到鈀前驅(qū)體溶液；其次，稱取一定量的丹寧酸，按順序滴入鈀前驅(qū)體溶液，氯鉑酸溶液和去離子水。再將混合物在室溫下連續(xù)攪拌一定時(shí)間后轉(zhuǎn)移到不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，將水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物通過離心清洗，得到枝狀PdPt納米顆粒。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單方便、可重復(fù)性高、成分可控、安全環(huán)保，制備的枝狀納米顆粒具有優(yōu)異的電催化甲醇氧化性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源功能材料領(lǐng)域，更具體地說涉及一種工藝簡(jiǎn)單，易操作，重復(fù)性好的電催化甲醇氧化催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

作為燃料電池中應(yīng)用最為廣泛的納米貴金屬鉑催化劑，由于其資源匱乏、價(jià)格昂貴，極大地限制了其商業(yè)化應(yīng)用，而儲(chǔ)量豐富、價(jià)格相對(duì)低廉的納米鈀不僅在儲(chǔ)氫、催化加氫以及各種偶聯(lián)反應(yīng)等方面有著廣泛的應(yīng)用，且作為燃料電池的催化劑，其也有著非常優(yōu)異的表現(xiàn)，從而鉑基催化劑成為非常有潛力的、在一些催化反應(yīng)中可以替代鉑甚至比其更佳的催化劑選擇。因此，制備具有高催化活性的納米鉑基顆粒是目前的研究熱點(diǎn)。由于金屬間的協(xié)同作用(幾何效應(yīng)和電子效應(yīng))，引入第二項(xiàng)金屬成為增強(qiáng)催化劑催化性能的首選。

目前，主要采用模板法、電沉積法和化學(xué)還原法等方法合成貴金屬粒子。模板法一般需要前期準(zhǔn)備模板以及后期去除模板等工作，且容易在模板去除過程中造成顆粒形貌的破壞，工藝繁瑣，操作復(fù)雜。電沉積法制備的貴金屬顆粒尺寸較大，一般在微米級(jí)或微/納米級(jí)，且工藝難以控制，可重復(fù)性差。相比之下，化學(xué)還原法工藝簡(jiǎn)單，易操作，產(chǎn)物形貌尺寸容易控制，重復(fù)性好，尤其是較低溫度下的一步合成法具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。因此在較低溫度下，采用簡(jiǎn)單的化學(xué)還原法制備各種形貌的納米鉑基催化劑，并通過調(diào)控工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物形貌或尺寸的改變，這為簡(jiǎn)化制備工藝以及其他貴金屬納米顆粒的控形控性制備提供了參考，具有一定的指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種用于電催化甲醇氧化的枝狀PdPt納米顆粒及其制備方法，研究出簡(jiǎn)單易重復(fù)的制備方法，并獲得成本較低、鉑高效利用率、環(huán)保穩(wěn)定的電催化甲醇氧化的催化材料。同時(shí)，制備的納米顆粒對(duì)甲醇氧化有高的催化活性。該研究具有易于制備和提高催化性能的明顯優(yōu)點(diǎn)，在電化學(xué)能轉(zhuǎn)換的高性能催化劑方面具有巨大的前景。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。

用于電催化甲醇氧化的枝狀PdPt納米顆粒及其制備方法，按照下述步驟進(jìn)行：

步驟1，將鈀鹽與鹽酸按摩爾比為(1-4)：4混合均勻后，得到鈀前驅(qū)體溶液，鈀前驅(qū)體溶液的摩爾濃度為(5-20)mM；

步驟2，將0.060-0.110重量份的丹寧酸置于反應(yīng)容器中，依次向上述反應(yīng)容器中滴入0.5-2.5mL的步驟1制備得到的鈀前驅(qū)體溶液和0.5-5mL的氯鉑酸溶液，滴加速率為 5-10滴/min后，在向其中加入去離子水后，得到混合溶液，混合溶液的總體積為25-35mL；

步驟3，將步驟2制備得到的混合溶液在室溫下20-25℃攪拌均勻后轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，在100-150℃下保溫4-8h，爐冷冷卻至室溫20-25℃后，冷卻速率為1-5℃/min，得到黑色混合溶液；

步驟4，將步驟3制備得到的黑色混合溶液通過離心，并用去離子水和乙醇的混合物洗滌后，得到用于電催化甲醇氧化的枝狀PdPt納米顆粒。

在步驟1中，鈀鹽與鹽酸按摩爾比為1：2，鈀鹽采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99％(Pd％為59％)的氯化鈀粉末，鈀前驅(qū)體溶液的摩爾濃度為10mM。

在步驟2中，丹寧酸的用量為0.068-0.102重量份，鈀前驅(qū)體溶液用量為0.5-2mL，氯鉑酸溶液用量為1-4mL，氯鉑酸溶液5mM，混合溶液的總體積為28-32mL。

在步驟3中，攪拌時(shí)間為12-18min，在110-130℃下保溫5-7h，爐冷冷卻至室溫 20-25℃，冷卻速率為2-3℃/min。