[發(fā)明專(zhuān)利]一種Pd/MGF復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810974328.1
• 申請(qǐng)日: 2018-08-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109192992B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-02
• 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): H01M4/86
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/86;H01M4/92
• 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)

本發(fā)明涉及一種Pd/MGF復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用，以介孔石墨烯泡沫MGF為載體，鈀納米顆粒耦合于載體表面。制備：以層狀分子篩MCM?22為模板制備介孔石墨烯泡沫；一步無(wú)有機(jī)穩(wěn)定劑合成Pd/MGF復(fù)合材料。所獲得的Pd/MGF復(fù)合材料可用于醇燃料電池的陽(yáng)極。本發(fā)明無(wú)需有機(jī)溶劑和穩(wěn)定劑，無(wú)需高溫高壓，重現(xiàn)性好，操作簡(jiǎn)單易于生產(chǎn)，成本低可大規(guī)模制備，得到的鈀/介孔石墨烯泡沫(Pd/MGF)復(fù)合材料，具有優(yōu)異的高效醇類(lèi)催化活性和穩(wěn)定性，并且顯著優(yōu)于目前商業(yè)化的Pd/C催化劑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種Pd/MGF復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

在化石燃料和煤炭大量消耗的情況下，現(xiàn)有化石燃料和煤炭的枯竭正成為我們社會(huì)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)日益升級(jí)的能源危機(jī)和相關(guān)的污染問(wèn)題，我們必須采用新的能源供應(yīng)技術(shù)，以有效和無(wú)害環(huán)境的方式利用可再生能源。因此，許多新的清潔能源(如風(fēng)能、潮汐能、太陽(yáng)能)和能源轉(zhuǎn)換技術(shù)/系統(tǒng)(例如超級(jí)電容器、電池和燃料電池)幾十年來(lái)一直在探索之中。其中，直接醇類(lèi)燃料電池(DAFC)由于可直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能且能量密度高、清潔無(wú)污染有望成為一種可持續(xù)的能源技術(shù)。其中，使用甲醇作為燃料的直接甲醇燃料電池(DMFC)具有成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。然而，甲醇的毒性和易揮發(fā)性會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，且甲醇是一種工業(yè)產(chǎn)品，成本相對(duì)較高。多元醇，如乙二醇和丙三醇(甘油)，由于無(wú)毒、高水溶性、低揮發(fā)性、高沸點(diǎn)、高比能和可再生能力等特點(diǎn)引起了人們的廣泛關(guān)注。就其全球生產(chǎn)而言，甘油作為生物柴油生產(chǎn)的副產(chǎn)品，供過(guò)于求，而乙二醇主要由纖維素衍生物的多相加氫生產(chǎn)所得。因此，價(jià)格低廉且可大量使用。然而，多元醇C-C鍵斷裂能的增加以及多元醇的高粘度使得電氧化所產(chǎn)生的有毒產(chǎn)物累積，造成了陽(yáng)極緩慢的動(dòng)力學(xué)。傳統(tǒng)上，Pt基催化劑被認(rèn)為是DAFC最先進(jìn)的催化劑，因?yàn)樗鼈儗?duì)小有機(jī)燃料的電氧化具有很高的催化活性。但是成本高，操作耐久性差，嚴(yán)重阻礙了大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用。但是，對(duì)于直接乙二醇燃料電池(DEGFC)或直接甘油燃料電池(DGFC)的Pt基催化劑，即使在高金屬負(fù)載下也很少表現(xiàn)出可觀的活性，因?yàn)樗鼈儗?duì)復(fù)雜的有毒中間產(chǎn)物極其敏感?？紤]到這些因素，提出了制備具有高效DAFC陽(yáng)極催化活性的催化劑，尤其是多元醇(EG和甘油)的氧化。相比而言，Pd比Pt儲(chǔ)量更豐富，價(jià)格更便宜，且具有與Pt相當(dāng)?shù)幕钚院透玫目怪卸灸芰Α?/p>

為了提高鈀的催化活性與利用效率，人們一直致力于通過(guò)減小鈀納米粒子(PdNPs)的尺寸和增加其分散性來(lái)增加表面活性中心的暴露。然而，在合成和催化過(guò)程中，具有較大表面能的超小納米粒子易于流動(dòng)并發(fā)生聚集，從而降低了其催化效率。雖然使用大比表面積的導(dǎo)電多孔納米材料支持Pd NPs可以減緩Pd NPs的聚集，但通常會(huì)涉及使用有機(jī)穩(wěn)定劑、復(fù)雜的前驅(qū)體制備以及低溫(零度)反應(yīng)等過(guò)程，顯著增加制備成本，也會(huì)干擾其催化活性。不僅如此，這些策略所得到復(fù)合催化劑，其Pd納米粒子尺寸仍然較大，且載體通常具有低的傳質(zhì)速率。因此，在多孔導(dǎo)電納米骨架上制備具有小尺寸、易接近的鈀納米粒子，實(shí)現(xiàn)高效醇類(lèi)電氧化，特別是多元醇(乙二醇、丙三醇)的電氧化，仍然是一個(gè)迫切的挑戰(zhàn)。

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Pd/MGF復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用，克服現(xiàn)有技術(shù)中醇類(lèi)電氧化，特別是多元醇(乙二醇、丙三醇)的電氧化困難以及現(xiàn)有Pd納米粒子尺寸仍然較大，且載體傳質(zhì)速率低，制備成本高且干擾催化活性的缺陷，該方法操作簡(jiǎn)單，無(wú)需有機(jī)溶劑和穩(wěn)定劑，綠色環(huán)保，成本較低，重現(xiàn)性好，可用于大規(guī)模制備，得到的Pd/MGF復(fù)合材料具有高效醇類(lèi)(甲醇、乙二醇、丙三醇)電催化活性和穩(wěn)定性。

本發(fā)明的一種Pd/MGF復(fù)合材料，所述復(fù)合材料以介孔石墨烯泡沫MGF為載體，鈀納米顆粒耦合于載體表面。

所述復(fù)合材料中Pd的含量為3％～30％。

所述復(fù)合材料BET比表面積為400～700m²/g。

所述介孔石墨烯泡沫MGF是由石墨烯片層組成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；鈀納米顆粒為面心立方結(jié)構(gòu)，粒徑為2.4-3.6nm。