[發明專利]一種核殼結構的PdAu合金納米顆粒催化劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201911234643.1
• 申請日: 2019-12-05
• 公開（公告）號: CN110867588B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 杜明亮;陸雙龍;朱罕;段芳;黃紹達;胡洪寅
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/88;B82Y30/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發明公開了一種核殼結構的PdAu合金納米顆粒催化劑及其制備方法，屬于電催化領域。本發明利用特定的鈀源和金源為前驅體，在氫氣氣氛下，通過簡單的一步法合成具核殼結構的PdAu合金納米材料。相比于質量分數為20％的商業Pt/C，本發明所制備的PdAu合金納米材料具有遠大于商業Pt/C的氧還原性能，以及優于商業Pt/C的穩定性能。本發明方法操作簡單，可控性強，具有一定的普適性。

技術領域

本發明涉及一種核殼結構的PdAu合金納米顆粒催化劑及其制備方法，屬于電催化技術領域。

背景技術

隨著工業技術的快速發展，化石能源的急劇消耗，環境和能源問題變得日益嚴重。因此，發展清潔、高效、安全的能量轉換工藝受到了全球越來越多的國家的關注和重視。燃料電池是一種利用燃料小分子中所具備的化學能(如：乙醇，甲醇，氫氣，甲酸等)轉換成電能的安全環保、清潔高效的能量轉換裝置。從十八世紀四十年代燃料電池概念的提出，燃料電池經歷了一百七十多年的迅速發展。燃料電池的工作效率和功率密度主要依賴于電解質和催化劑材料的選擇，特別是催化劑的選擇扮演著至關重要的角色，在某種意義上，催化劑的選擇限制了燃料電池的發展。鉑基材料因為優異的催化性能被認為是燃料電池中最優異的催化劑，在燃料電池中應用十分廣泛，也是最早應用于燃料電池中的催化劑。但是因為它的昂貴性，稀缺性，易中毒，耐久性及可靠性低，嚴重地制約了其大規模的商業化應用。因此，發展具有高活性的非鉑基催化劑來替代鉑基材料在燃料電池中的應用顯得至關重要。金屬鈀(Pd)與金屬鉑(Pt)具有類似的物化性質，與鉑相比，儲存量更豐富且價格相對更加便宜。如果將鈀基材料替代鉑基材料，將有利于推動燃料電池的發展。但是，對于單獨的金屬鈀納米催化劑，因為它的不合適的電子結構，在燃料電池陰極部分表現出不盡人意的氧還原催化性能。眾多研究表明，合金化是一種有效提高催化劑活性的措施。Chen等人通過聚苯胺改性合成的PdAu@PdAu納米顆粒在堿性條件下的半波電位只有0.869V，在循環1000圈后催化活性發生明顯的衰減。此外，Feng等人通過水熱的方法合成的支狀的PdAu納米顆粒在堿性條件下的半波電位只有0.890V，循環了1000次也發生了明顯的催化活性衰減現象。

發明內容

【技術問題】

現有的PdAu納米催化劑的催化性能不理想，與商用Pt/C比較較差。

【技術方案】

為了解決上述問題，本發明提供了一種PdAu合金納米催化劑及其制備方法，本發明方法工藝簡單、成本較為低廉，制備的PdAu合金納米材料具有優異的氧化原活性和穩定性，在堿性條件下表現出的半波電位為0.936V，遠高于商業Pt/C的半波電位(0.843V)，循環了10000次才出現衰減的跡象，能夠應用于燃料電池領域。

本發明的第一個目的是提供一種PdAu合金納米催化劑的制備方法，所述方法是在氫氣氣氛下，鈀源、金源和調控劑在溶劑中混合進行反應，反應結束后進行固液分離，取沉淀；所述鈀源為乙酰丙酮鈀；所述調控劑為羰基鹽；所述鈀源和金源中的鈀和金的摩爾比為3：(1-4)。

在本發明的一種實施方式中，所述溶劑為油胺。

在本發明的一種實施方式中，所述反應的溫度為160～170℃，反應的時間為3-5h。

在本發明的一種實施方式中，所述金源為氯金酸和/或氯金酸鈉。

在本發明的一種實施方式中，所述調控劑羰基金屬鹽為羰基鉬和/或羰基鎢。

在本發明的一種實施方式中，所述調控劑的加入量為鈀源和金源總質量的0.25～0.75倍。

在本發明的一種實施方式中，所述鈀源和金源中的鈀和金的摩爾比例優選為1:1.3。

在本發明的一種實施方式中，所述方法具體包括如下步驟：

1)將乙酰丙酮鈀、氯金酸和調控劑加入到油胺中，攪拌形成溶液；