[發(fā)明專(zhuān)利]一種納米多孔產(chǎn)氫催化劑及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811096948.6
• 申請(qǐng)日: 2018-09-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110923737A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱勝利;蔣睿;崔振鐸;楊賢金
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C25B1/04
• 分類(lèi)號(hào): C25B1/04;C25B11/08;C22C3/00;C22C5/04;C22C32/00;C22C1/08
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠(chéng)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)明公開(kāi)一種納米多孔產(chǎn)氫催化劑及其制備方法，首先按照以下的質(zhì)量比來(lái)制備非晶合金條帶：純Al的質(zhì)量百分比為50?80％，純Cu的質(zhì)量百分比為5?20％，純Ti的質(zhì)量百分比為10?20％，純Pd的質(zhì)量百分比為10?20％，四種組分相加為100％；將制備的非晶合金條帶依次在氫氧化鈉和硫酸中進(jìn)行兩次脫合金，得到納米多孔Al?Pd?Cu?Ti材料，孔徑和韌帶的尺寸均為納米級(jí)別，有較大比表面積和更多催化活性位點(diǎn)，與商業(yè)鉑碳電極電解水催化產(chǎn)氫能力相近，操作簡(jiǎn)便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于電解水系統(tǒng)中的產(chǎn)氫催化劑材料，更加具體地說(shuō)，涉及一種納米多孔產(chǎn)氫催化劑及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)隨著化石燃料的大量開(kāi)采，地球化石燃料的儲(chǔ)量日益減少。化石燃料燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體，導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)加劇，隨即引發(fā)一系列的生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題。隨著形勢(shì)日益嚴(yán)峻，氫能源因其高的換能效率及清潔無(wú)污染在新能源領(lǐng)域受到了越來(lái)越多的關(guān)注。然而，陽(yáng)極催化劑的活性及成本問(wèn)題一直制約著直接燃料電池的大規(guī)模應(yīng)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(jià)格及儲(chǔ)量限制了其商業(yè)化應(yīng)用。Pd與Pt有著非常相似的化學(xué)性質(zhì)，但其在價(jià)格及儲(chǔ)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作為貴金屬的一種具有良好的本征電催化活性，但其催化活性位點(diǎn)少，整體催化活性不夠高。通過(guò)對(duì)純Pd進(jìn)行硫化處理，其催化產(chǎn)氫活性位點(diǎn)從Pd原子轉(zhuǎn)移到S原子，從而大幅增加材料的催化活性位，進(jìn)而提升材料的整體催化活性。此外，非晶狀態(tài)的材料由于其本身原子排列短程有序長(zhǎng)程無(wú)序，使得材料的熵值很高，混亂度的增大勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部各種配位缺陷的增多，從而使得暴漏在外的催化活性位點(diǎn)增多，增大整體的催化活性。Cu原子的引入改變了材料對(duì)H原子的吸附和脫附能力，提高催化效率。如果材料對(duì)氫的吸附能力太弱，反應(yīng)物就會(huì)減少，產(chǎn)率較低。如果材料對(duì)氫的吸附能力太強(qiáng)，則產(chǎn)生氫氣不能夠及時(shí)釋放并且在催化劑表面，同樣會(huì)降低催化效率。因此選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ苽浜线m的材料，可以最大限度的提升Pd基催化劑的催化活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種納米多孔產(chǎn)氫催化劑及其制備方法，采用二級(jí)脫合金的方法來(lái)制備納米多孔陰極產(chǎn)氫催化劑材料。

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

一種納米多孔產(chǎn)氫催化劑及其制備方法，按照下述步驟進(jìn)行：

步驟1，制備Al-Pd-Cu-Ti合金條帶

按照以下的質(zhì)量百分比配料：純Al的質(zhì)量百分比為50-80％，純Cu的質(zhì)量百分比為5-20％，純Ti的質(zhì)量百分比為10-20％，純Pd的質(zhì)量百分比為5-20％，四種組分相加為100％，在氬氣電弧爐溶煉成合金錠，然后使用甩帶機(jī)將合金錠融化噴出快速冷卻成合金條帶。

在步驟1中，將Al-Pd-Cu-Ti(非晶)合金條帶剪斷成段狀，將剪斷的條帶放入燒杯中，在無(wú)水乙醇中超聲清洗，在真空干燥箱中室溫20—25攝氏度下干燥。

在步驟1中，甩帶機(jī)需要抽到1×10^-2Pa以下，銅輥的轉(zhuǎn)速需要控制在3000-4000轉(zhuǎn)/分鐘，石英管與爐體內(nèi)部壓差需要控制在0.1-0.4Pa。

在步驟1中，純Al的質(zhì)量百分比為60-80％，純Cu的質(zhì)量百分比為10-20％，純Ti的質(zhì)量百分比為15-20％，純Pd的質(zhì)量百分比為15-20％。

步驟2，Al-Pd-Cu-Ti合金條帶的第一次脫合金

將步驟1制備的Al-Pd-Cu-Ti合金條帶置于氫氧化鈉水溶液中并放置于密閉容器中，再置于50-100攝氏度恒溫干燥箱中，直到無(wú)任何氣體產(chǎn)生為止，取出Al-Pd-Cu-Ti合金條帶清洗干燥，得到第一次脫合金的Al-Pd-Cu-Ti合金條帶；

在步驟2中，氫氧化鈉水溶液的濃度為0.5-5M，優(yōu)選1—3M。