[發明專利]一種納米Pd/M-rGO復合催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201811193620.6
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109433193B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 徐明麗;和秋谷;張英杰;李雪;董鵬;楊喜昆;林艷;張呈旭;周忠仁
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44;B01J37/10;B01J37/34;B01J37/16;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發明涉及一種納米Pd/M?rGO復合催化劑及其制備方法，屬于納米催化劑技術領域。本發明將氧化石墨烯加入到N,N?二甲基甲酰胺進行超聲剝離0.5~4h得到氧化石墨烯懸浮液；將過渡金屬鹽溶液和氧化石墨烯懸浮液混合均勻，在溫度為160~200℃、攪拌條件下反應12~24h，冷卻至室溫，過濾、洗滌，冷凍干燥，然后再置于溫度為600~900℃、Ar氣氛圍下恒溫處理1~2 h得到M?rGO復合材料；將丙酮、聚乙二醇和Na₂PdCl₄溶液混合均勻，然后進行紫外光照射10~30min得到Pd納米膠體；將M?rGO復合材料和Pd納米膠體混合均勻并超聲處理10~15min，再繼續攪拌處理3~5h，過濾、洗滌，冷凍干燥即得Pd/M?rGO納米復合催化劑。本發明的Pd/M?rGO催化劑具有分散性好、催化活性優良和穩定性良好的特點。

技術領域

本發明涉及一種納米Pd/M-rGO復合催化劑及其制備方法，屬于納米催化劑技術領域。

背景技術

燃料電池是把貯存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的一個能量轉換裝置。由于燃料電池直接將化學能轉化為電能而不必經過熱機過程,不受卡諾循環限制,因而具有能量轉化效率高、無噪音和無污染等優點，正在成為理想的能源利用方式。Pt和Pt基催化劑具有很高的電催化活性，但由于Pt價格昂貴且在催化過程中易受類CO中間體中毒，從而降低了Pt和Pt基催化劑的催化活性及穩定性。為了降低Pt的負載量，許多研究者開始用Pd來代替Pt。氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）由于具有好的電導率和大的比表面積等極好的性能，近幾年來成為新能源領域的研究熱點之一，其中也包括用于燃料電池催化劑的載體。然而，在以氧化石墨烯GO為載體的催化劑制備過程中，金屬顆粒和氧化石墨烯GO易團聚從而使催化劑的比表面積減小，導致催化劑的催化活性和穩定性明顯下降。因此，制備出能夠有效降低金屬顆粒和氧化石墨烯GO團聚、降低成本、同時大幅改善催化性能的催化劑，至關重要。

發明內容

針對目前Pd催化劑存在的問題和不足，本發明提供一種納米Pd/M-rGO復合催化劑及其制備方法，本發明通過N,N-二甲基甲酰胺DMF共還原氧化石墨烯GO和過渡金屬M，使過渡金屬均勻分散在還原氧化石墨烯（reduced Graphene Oxide，rGO）的表面，減少石墨烯片層之間的團聚，再用光化學還原的方法使Pd小納米顆粒均勻負載在M-rGO的表面；本發明方法制備的Pd/M-rGO復合催化劑有較大的比表面積，且Pd-M-GO之間發生相互作用，可有效的提高催化活性和穩定性。

本發明的目的是提供一種納米Pd/M-rGO復合催化劑，其中M為過渡金屬Ni、Co、Fe或Mn，rGO為還原氧化石墨烯，Pd的負載量為復合催化劑質量的15~25%；

本發明的另一目的是提供所述納米Pd/M-rGO復合催化劑的制備方法，具體步驟如下：

（1）將氧化石墨烯加入到N,N-二甲基甲酰胺進行超聲剝離0.5~4h得到氧化石墨烯懸浮液；

（2）將過渡金屬M的鹽溶液和步驟（1）的氧化石墨烯懸浮液混合均勻，在溫度為160~200℃條件下水熱反應12~24h，冷卻至室溫，過濾、洗滌，冷凍干燥，然后再置于溫度為600~900℃、Ar氣氛圍下恒溫處理1~2 h得到M-rGO復合材料；

（3）將丙酮、聚乙二醇和Na₂PdCl₄溶液混合均勻，然后進行312nm紫外光照射10~30min得到Pd納米膠體；

（4）將步驟（2）的M-rGO復合材料和步驟（3）的Pd納米膠體混合均勻并超聲處理10~15min，再繼續攪拌處理3~5h，過濾、洗滌，冷凍干燥，即得Pd/M-rGO納米復合催化劑；

所述步驟（1）中氧化石墨烯懸浮液的濃度為0.5~2mg/mL；