[發(fā)明專利]一系列純相有序的鈀硼金屬間化合物、制備方法及其應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2020-10-09
• 公開（公告）號: CN112093805A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李振宇;鄒曉新;李曉天;陳輝
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04;B01J23/44
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠(yuǎn)

一系列純相有序的鈀硼金屬間化合物、制備方法及其在高效電催化水裂解制氫方面的應(yīng)用，屬于電催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域。首先利用真空封管技術(shù)將鈀和硼的前驅(qū)體鹽密封在玻璃管中，在一定的溫度下煅燒發(fā)生置換反應(yīng)，酸處理后得到純相有序的Pd₂B、Pd₅B₂和Pd₃B鈀硼金屬間化合物，均是六方密堆積相結(jié)構(gòu)。硼原子處于鈀原子構(gòu)建的八面體結(jié)構(gòu)中，次表面硼和鈀之間較強的鍵合作用和軌道雜化作用，使Pd的d帶中心上移，使金屬間化合物在電催化水裂解制氫方面展現(xiàn)了優(yōu)異的催化活性穩(wěn)定性。其中Pd₂B在電催化水裂解氫析出時過電勢僅需18mV達(dá)到10mA/cm²電流密度，其在一定程度上展現(xiàn)了可代替貴金屬催化劑Pt的潛力，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化劑制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一系列純相有序的鈀硼金屬間化合物、制備方法及其在高效電催化水裂解制氫方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)

Pd廣泛應(yīng)用于涉及加氫和脫氫的催化反應(yīng)技術(shù)，例如生物質(zhì)轉(zhuǎn)化、電催化、乙炔選擇性加氫和鈴木反應(yīng)。Pd由于表面立體效應(yīng)、低配位、含有大量可容納氫原子的空隙，使其對反應(yīng)分子的吸附過強，不容易脫附，這就導(dǎo)致Pd的選擇性和活性降低，使其作為催化劑的存在意義大打折扣。據(jù)報道，硼元素占據(jù)金屬的晶格間隙位置，能有效的調(diào)控金屬的催化性質(zhì)(Nature Communications 2014年第5卷5787頁)。

目前合成的鈀-硼材料中硼原子在鈀的晶格內(nèi)的排列方式均是無序的(J.Am.Chem.Soc.2009年第141卷19616頁)，這使我們難以準(zhǔn)確的獲得原子在金屬間隙中的精確位置，同時也不能嚴(yán)格控制間隙硼原子的濃度，因此難以對晶格內(nèi)的硼元素進行原子級控制。但是，硼原子有序排列的鈀硼金屬間化合物的合成是非常困難的。首先，原子有序的鈀硼金屬間化合物是使用傳統(tǒng)的高溫高壓的電弧法制備，條件非常嚴(yán)苛。其次，不同相的有序金屬間化合物組分含量和形成能接近，這就容易形成多相混合的金屬硼化物，導(dǎo)致其合成純相金屬間化合物變得非常困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一系列純相有序的鈀硼金屬間化合物、制備方法及其在高效電催化水裂解制氫方面的應(yīng)用。我們通過真空封管技術(shù)合成了一系列原子有序排列的鈀硼金屬間化合物，即Pd₂B、Pd₃B和Pd₅B₂，其中Pd₂B表現(xiàn)出超越Pt的催化性能，實現(xiàn)了酸性水裂解制氫方面的應(yīng)用；本發(fā)明中的Pd₂B、Pd₃B和Pd₅B₂雖然之前已經(jīng)被報道合成，但是其合成方法是高溫電弧法，是在高溫高壓的苛刻條件下，且不能大規(guī)模合成。我們通過真空封管技術(shù)成功的合成出一系列純相有序的Pd₂B、Pd₃B和Pd₅B₂的金屬間化合物，其中Pd₂B、Pd₃B和Pd₅B₂分別為純相有序(圖2的XRD圖)。

本發(fā)明的所提到的一系列純相有序的鈀硼金屬間化合物的制備，是將固定摩爾比為n_a：n_b＝1：1的鈀源和硼源充分研磨，通過真空封管技術(shù)將研磨好的混合物密封在石英管中，通過改變加熱溫度和加熱時間制備純相有序的鈀硼金屬間化合物，具體步驟如下：

1)前驅(qū)體的混合：稱取摩爾比為1：0.8～1.0的鈀源和硼源，混合后充分研磨；