[發明專利]一種新型復合電極材料的制備及應用

在審

• 申請號: 201910365574.1
• 申請日: 2019-05-01
• 公開（公告）號: CN111871449A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 錢亞超
• 申請（專利權）人: 錢亞超
• 主分類號: B01J29/76
• 分類號: B01J29/76;B01J29/78;B01J31/28;C25B11/06;C25B1/02
• 代理公司: 暫無信息
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本發明涉及一種新型復合電極材料的制備及應用。本發明以CZP（chiral zincophosphate）型分子篩（zeolite，縮寫為zeo）為基底，包含單一鋅及鈷鋅雙元素、過渡金屬和鋅雙元素等CZP型分子篩。通過離子交換法，以含鈀化合物，在低溫水熱等條件下，制備出Pd@CZP分子篩復合材料。該材料的鈀元素含量低于5%（質量百分含量），但是在析氫反應中能提供比市售鉑炭，鈀碳更好的析氫、儲氫、電催化分解甲酸氧化，光催化乙醇轉化等方面更好的性能。經過多次催化反應循環過程，該材料性能沒有明顯降低，可多次重復使用。該材料在酸、堿和加熱條件下有著較好的穩定性。

技術領域

本專利涉及一種含鈀的分子篩復合電極材料。本專利還涉及該材料的合成方法及應用。

背景技術

市售析氫電極主要以含鉑@碳（Pt@C）材料為主。研制出不含鉑的取代材料具有重要的理論和商業價值。我們首次研究出了Pd@CZP（chiral zinophosphate）分子篩（zeolite，zeo）材料復合材料。利用分子篩材料的1納米左右尺寸的孔道開口，可以有效限制分散在分子篩表面的鈀元素的團簇尺寸。分散后的鈀元素和過渡金屬通過限域作用以及特殊的相互作用，可能會實現較高的催化活性，從而取代鉑元素。該材料實現了市售鉑元素同等量級的催化效果。該復合材料比已報道的Pd@silicate-1（Pd@MFI）型分子篩具有更好的催化效果。（Pd@silicate-1型分子篩催化效果低于市售Pt@碳材料）該鈀元素分子篩復合材料（Pd@CZP或Pd@Zeo）具有較高的熱穩定性，而且在酸、堿體系下也有較好的穩定性。

發明內容

一種新型復合材料，基底為CZP型分子篩，分子篩骨架陽離子包含鋅元素；或包含鈷、鋅雙元素；或包含過渡金屬和鋅元素；優選的，過渡金屬元素為一種或多種；或幾種稀土元素和鋅多元素，或兩種以上金屬和鋅元素；分子篩擔載鈀；鈀元素直徑0.3-5納米；擔載的鈀元素在復合材料的質量百分含量在百分之零點零一到百分之二十。復合材料粒徑在幾十納米到幾百微米。該材料的鈀元素含量低于5%（質量百分含量），但是在析氫反應，儲氫應用，電催化甲酸分解，光催化乙醇分解等方面中能提供比市售鉑炭，鈀碳更好的性能。該材料在酸、堿和加熱條件下有著較好的穩定性。

示例一，一種復合材料的制備方法，包括：取適量50-100份鋅源溶于水中，再加入適量0-50份鈷源，100份磷源，攪拌制得溶液1。把適量堿液滴加到溶液1中，繼續攪拌得到凝膠。加入凝膠總質量約為百分之零點一到二十份的鈀源，繼續攪拌。將含鈀凝膠置于反應釜等密閉或敞口容器中，室溫晶化12-60小時。得到產物。

示例二，一種復合材料的制備方法，包括：取適量50-100份鋅源溶于水中，再加入適量0-50份鈷源，100份磷源，攪拌制得溶液1。把適量堿液滴加到溶液1中，繼續攪拌得到凝膠。加入凝膠總質量約為百分之零點一到二十份的鈀源，繼續攪拌。將含鈀凝膠置于反應釜等密閉容器中，加熱到50到80攝氏度，晶化2-12小時。得到產物。

示例三，一種復合材料的制備方法，包括：取適量50-100份鋅源溶于水中，再加入適量0-50份鈷源，100份磷源，攪拌制得溶液1。把適量堿液滴加到溶液1中，繼續攪拌得到凝膠。加入凝膠總質量約為百分之零點一到二十份的鈀源，繼續攪拌。將含鈀凝膠置于敞口容器中，放入超聲反應器，控制溫度室溫到80攝氏度，超聲0.5-24小時。得到產物。

示例四，一種復合材料的制備方法，包括：取適量50-100份鋅源溶于水中，再加入適量0-50份鈷源，100份磷源，攪拌制得溶液1。把適量堿液滴加到溶液1中，繼續攪拌得到凝膠。加入凝膠總質量約為百分之零點一到二十份的鈀源，繼續攪拌。將含鈀凝膠置于敞口容器中，放入微波反應器，控制溫度30到80攝氏度，晶化0.5-24小時。得到產物。

對比示例一到四，示例三和四可以較快檢測出產物，示例二可以得到最大擔載量，示例一可以得到最高的晶化度和熱穩定性。