[發(fā)明專利]利用晶態(tài)合金制備納米多孔催化劑方法、納米多孔PdCuNi-S催化劑及用途

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810609332.8
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108786853A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發(fā)明（設計）人: 朱勝利;楊鑫鑫;崔振鐸;楊賢金;井上明久
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: B01J27/045
• 分類號: B01J27/045;B01J35/10;B82Y30/00;B82Y40/00;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程小艷

本發(fā)明公開了一種利用晶態(tài)合金制備納米多孔催化劑方法，按照以下原子百分比含量制備Al?Pd?Cu?Ni晶體合金：Al的含量為70?90％，Cu的含量為1?10％，Ni的含量為1?10％，Pd的含量為1?20％；將Al?Pd?Cu?Ni晶體合金裁剪成厚度為10?30μm，寬度為15?20mm，長度為1?3cm的條帶；條帶在無水乙醇中超聲5min后，去離子水清洗，干燥后備用；將該條帶先與摩爾濃度為0.5?2M的氫氧化鉀溶液一同置于密閉容器中在常溫下反應10?60h，將反應后的樣品用去離子水反復沖洗得到PdCuNi中間體；再與摩爾濃度為11?17M的硫酸水溶液一同置于密閉容器中進行反應，反應溫度為70?110℃，反應時間為12?60h，反應結(jié)束后制得的樣品沖洗、干燥后即為含有非晶相的納米多孔PdCuNi?S催化劑，含有尺寸為1?10nm的非晶相，且具有電催化活性的復合納米多孔結(jié)構(gòu)。

技術領域

本發(fā)明涉及新型納米材料制備領域，具體涉及一種利用晶態(tài)合金制備納米多孔催化劑方法、納米多孔PdCuNi-S催化劑及用途。

背景技術

近年來，氫能源因其高的換能效率及清潔無污染在新能源領域受到了越來越多的關注。然而，陽極催化劑的活性及成本問題一直制約著直接甲醇燃料電池的大規(guī)模應用。Pt及Pt基合金作為性能最優(yōu)秀的電解水產(chǎn)氫催化劑，其價格及儲量限制了Pt及Pt基催化劑的商業(yè)化應用。Pd與Pt有著非常相似的化學性質(zhì)，但其在價格及儲量方面均優(yōu)于Pt。此外，Pd基催化劑也表現(xiàn)出更高的催化穩(wěn)定性。

純Pd催化劑雖然具有良好的本征電催化活性，但其催化活性位點較少，使得純Pd催化劑整體催化活性不夠高。通過對純Pd進行硫化處理，其催化產(chǎn)氫活性位點從Pd原子轉(zhuǎn)移到S原子，同時通過制備含有非晶相的納米多孔PdCuNi-S催化劑，使得暴露在材料表面的S原子增加，從而大幅增加材料的催化活性位，進而提升材料的整體催化活性。此外，Cu、Ni原子的加入能夠改善材料對氫的吸收及釋放自由能，并以此提高材料的本征催化活性。因此，選擇恰當?shù)姆椒ㄖ苽浜蟹蔷嗟腜dCuNi-S催化劑能夠最大限度的提升鈀催化劑的催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種利用晶態(tài)合金制備納米多孔催化劑方法、納米多孔PdCuNi-S催化劑及用途，成本低、制備過程簡單而且實施費用低、操作簡便，耗時短，是一種高效經(jīng)濟的合成方法，本發(fā)明制備得到的復合材料主要用于電解水產(chǎn)氫領域的陰極催化劑。

為了解決上述背景技術中的技術問題，本發(fā)明提出的技術方案是：利用晶態(tài)合金制備納米多孔催化劑方法，包括以下步驟：

步驟1)按照以下組分及原子百分比含量進行配料：Al的含量為70-90％，Cu的含量為1-10％，Ni的含量為1-10％，Pd的含量為1-20％；

步驟2)將上述步驟1)中配料進行電弧熔煉，形成母合金，用液態(tài)金屬急冷甩帶技術將所述母合金制備成Al-Pd-Cu-Ni晶態(tài)金條帶；

步驟3)將上述步驟2)中制得的Al-Pd-Cu-Ni晶態(tài)合金條帶裁剪成厚度為10-50μm，寬度為2-20mm，長度為1-3cm的Al-Pd-Cu-Ni晶態(tài)合金規(guī)格條帶；將剪裁后的Al-Pd-Cu-Ni晶態(tài)合金規(guī)格條帶依次在無水乙醇、去離子水中清洗并于空氣中干燥備用，得到干燥后的Al-Pd-Cu-Ni晶態(tài)合金規(guī)格條帶；

步驟4)將上述步驟3)中干燥后的Al-Pd-Cu-Ni晶態(tài)合金規(guī)格條帶與摩爾濃度為0.5-2M的氫氧化鉀溶液一同置于密閉容器中，在常溫下反應10-60h，然后用去離子水反復沖洗得到PdCuNi中間體；

步驟5)將上述步驟4)中得到的PdCuNi中間體與摩爾濃度為11-17M的硫酸水溶液一同置于密閉容器中進行反應，反應溫度為70-110℃，反應時間為12-60h，然后用去離子水沖洗，并在空氣中干燥即得到納米多孔PdCuNi-S材料。

本發(fā)明所述步驟4)中PdCuNi中間體中含有尺寸為1-10nm的非晶相。