[發明專利]一種具有納米核殼結構的復合催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201711064714.9
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107890863A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 譚強;屈婷;柳永寧;陳元振
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B01J23/14
• 分類號: B01J23/14;B01J23/46;B01J23/62;B01J23/63;B01J23/648;B01J23/652;B01J23/66;B01J23/68;B01J35/02;B01J37/00;B01J37/08;B01J37/32
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于醇類燃料電池制備技術領域；涉及一種用于制備醇類燃料電池的催化劑；具體涉及一種具有納米核殼結構的復合催化劑及其制備方法。

背景技術

醇類燃料電池是直接將醇類燃料的化學能轉換為電能的一種綠色能源技術，其具有無污染、能量轉化效率高且來源廣泛、安全性高、儲存和運輸方便等優點，對解決當前全球所面臨的兩大難題(能源危機、環境污染)具有重要意義。目前醇類燃料電池廣泛使用的催化劑大量依賴于貴金屬催化劑，而貴金屬催化劑易出現活性組分團聚、溶解、毒化、脫落等狀況，導致催化劑性能降低，直接影響電池使用壽命。成本過高、壽命短、性能不穩定等因素嚴重制約了醇類燃料電池產業化發展。

近年來，金屬氧化物作為助催化劑或催化劑載體被廣泛應用于醇類燃料電池中，它與貴金屬復合在一起，可防止貴金屬顆粒團聚，改變貴金屬顆粒表面的電子狀態和吸附性質，進而提升催化性能。而目前貴金屬/金屬氧化物復合催化劑的主要制備方法有電沉積法、微波法、沉淀法等，這些方法制備出來的貴金屬/金屬氧化物復合催化劑雖然都具有良好的性能，但催化劑結構不可控，且貴金屬與金屬氧化物之間相互作用力弱，催化性能低。

發明內容

本發明提供了一種具有納米核殼結構的復合催化劑，解決了該催化劑能夠防止貴金屬納米顆粒團聚，改變貴金屬納米顆粒表面的電子狀態和吸附性質，進而提升催化性能，同時碳層能夠提高貴金屬納米顆粒與金屬氧化物納米顆粒之間的相互作用力。

本發明還提供了上述復合催化劑的制備方法，該方法采用氯化鹽、硝酸鹽等前驅體，避免了制備特殊結構催化劑所需的金屬有機化合物，降低了制備成本，并且制備過程無需模板，操作簡單，易于控制。

本發明的技術方案是：一種具有納米核殼結構的復合催化劑，包括金屬氧化物納米顆粒，金屬氧化物納米顆粒的外層覆蓋有碳層，碳層的外部均勻分布有多個貴金屬納米顆粒；其中金屬氧化物納米顆粒的粒徑為20-50nm，貴金屬納米顆粒的粒徑為2-10nm；碳層的厚度為2-10nm。

更進一步的，本發明的特點還在于：

其中金屬氧化物納米顆粒為Al₂O₃、Ga₂O₃、SiO₂、GeO₂、TiO₂、ZrO₂、V₂O₅、Cr₂O₃、MnO₂、Fe₂O₃、Fe₃O₄、Co₂O₃、NiO、CuO、ZnO、Nb₂O₅、MoO₃、RuO₂、In₂O₃、CeO₂、Sb₂O₃、Sb₂O₅、Tl₂O₃、PbO、Bi₂O₃、La₂O₃、Ta₂O₅、WO₂、WO₃或SnO₂中的一種。

其中貴金屬納米顆粒為Au、Ag、Pt、Os、Ir、Ru、Rh或Pd中的一種或多種。

本發明的另一技術方案是：一種具有納米核殼結構的復合催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，將金屬氧化物前驅體和堿性物質按質量比1:(1-5)混合并制成溶液，在100-200℃的條件下反應12-48h，然后冷卻至室溫，以3000-10000rpm的轉速將溶液離心5-10min，得到固體產物A；

步驟2，使用乙醇和去離子水對固體產物A進行離心洗滌，然后冷凍干燥5-10h后得到金屬氧化物納米顆粒；