[發明專利]一種碳化木負載PdCo合金復合電催化劑的制備方法

有效

• 申請號: 201911188781.0
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN110890559B
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 許瀚;曾志;吳義強;李萬千;卿彥;夏燎原
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;H01M4/86
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 魏龍霞

本發明公開了一種碳化木負載PdCo合金復合電催化劑的制備方法：將木片浸入氯化鋅溶液中進行預處理，干燥，熱解碳化，得到具有三維多孔結構的碳化木；以該碳化木為工作電極，光譜純石墨棒為輔助電極，氯化鈀、硫酸鈷和檸檬酸鈉的混合溶液為電解液，恒電流沉積，PdCo合金沉積到碳化木表面，得到復合電催化劑。本發明以具有三維多孔網絡結構的碳化木作為電催化劑的載體，與現電催化劑常用的碳載體相比，網絡結構可提供更高效穩定的電子傳輸網絡，提高復合電催化劑的導電性；三維多孔結構有利于暴露出更多的活性位點，增加電催化劑的電化學活性面積，同時有利于電解液的快速滲透與擴散，從而有利于提高復合電催化劑的活性與穩定性。

技術領域

本發明屬于電催化材料領域，尤其涉及一種碳化木負載PdCo合金復合電催化劑的制備方法。

背景技術

燃料電池是一種通過化學反應可將化學能直接轉變為電能的能源轉換裝置，具有能量轉換效率高、環境污染小、原料來源廣等優點，被認為是21世紀最有應用前景的能量轉換裝置之一。目前燃料電池中所使用的催化劑主要是Pt基催化劑，由于Pt儲量低，價格昂貴，抗CO毒化能力弱和催化穩定性差等缺點，嚴重制約Pt基催化劑和燃料電池的大規模商業化應用。

Pd與Pt同處Ⅷ主族，在堿性介質中具有與Pt相當的催化活性，其儲量為Pt的50倍，且其抗毒化能力優于Pt，因此，用Pd取代Pt已得到了非常廣泛的研究。

在Pd基催化劑的研究過程中通過引入過渡金屬(Co、Ni、Cu等)與Pd形成合金不僅可以減少Pd的用量，進一步降低催化劑的成本，而且可以利用兩種金屬之間的雙功能作用提高催化劑的活性和穩定性。此外，制備負載型復合催化劑可以提高催化劑的分散性，增加催化劑的電化學活性面積，同時可以有效抑制催化反應過程中活性成分的遷移團聚，從而提高電催化劑的活性和穩定性。碳材料具有優異的導電性能和化學穩定性以及對不同界面具有很好的適應性，使其成為當前復合電催化劑的常用載體。不過，目前應用于碳負載催化劑中的碳材料基本是使用不可再生的化石資源在相對苛刻的條件下制備而成，如化學氣相沉積和激光刻蝕，在碳材料的使用方便性和可持續性方面仍然十分有限。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種具有低成本、高催化活性和穩定性的碳化木負載PdCo合金電催化劑的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種碳化木負載PdCo合金復合電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將木片浸入氯化鋅溶液中進行預處理，再依次進行干燥，熱解碳化，冷卻，得到具有三維多孔結構的碳化木；

(2)以所述具有三維多孔結構的碳化木為工作電極，光譜純石墨棒為輔助電極，氯化鈀、硫酸鈷和檸檬酸鈉的混合溶液為電解液，進行恒電流沉積，將PdCo合金沉積到碳化木表面，再經清洗干燥，即得到碳化木負載PdCo合金復合電催化劑。

上述的制備方法，優選的，所述步驟(1)中，氯化鋅溶液的濃度為0.2～0.4mol/L，預處理溫度為25～30℃，時間為12～24h。

上述的制備方法，優選的，所述步驟(1)中，干燥是指60～80℃條件下干燥12～24h；熱解碳化的具體過程為：以2～5℃/min的升溫速率升溫至300～500℃，保溫1～2h，然后以2～5℃/min的升溫速率升溫至700～900℃，保溫3～5h。

上述的制備方法，優選的，所述步驟(1)中，熱解碳化和冷卻均在氮氣或者氬氣的保護下進行。

上述的制備方法，優選的，所述步驟(2)中，電解液中氯化鈀濃度為0.5～1.0mmol/L，硫酸鈷濃度為0.5～1.0mmol/L，檸檬酸鈉濃度為0.002～0.006mmol/L；電解液體積為10～15mL。