[發明專利]一種具有強耦合結構的Pd基多孔納米催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 202110331688.1
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113178588A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 袁小磊;黃嘉祿;楊虎;李盛銘;張月生;李嘉誠;徐文靜;劉怡瑢;曹宇鋒;華平;姚勇
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;H01M4/86
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發明提供了一種具有強耦合結構的Pd基多孔納米催化劑的制備方法，包括如下步驟：S10前驅體溶液及還原溶液的制備；S20將前驅體溶液加入至剩余的反應溶劑中以500～1000r/min的轉速攪拌10～30min后獲得混合液，將還原溶液加入至混合液中獲得反應溶液；S30將反應溶液以500～1000r/min的轉速攪拌2～4h，后置于25±1℃的環境下靜置3～9天清洗后獲得Pd基納米片初品；S40對Pd基納米片初品進行電化學活化處理后獲得Pd基多孔納米催化劑。本發明的一種具有強耦合結構的Pd基多孔納米催化劑的制備方法，所制備的Pd基多孔納米催化劑在結構上能夠克服傳統復合材料的結構穩定性缺陷，改善Pd基納米材料與氫氧化物間的協同作用，進而實現抑制CO毒化，提高材料在催化EOR上的活性和穩定性的目的。

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，具體涉及一種具有強耦合結構的Pd基多孔納米催化劑的制備方法。

背景技術

直接乙醇燃料電池(DEFCs)是一種將液體燃料乙醇的化學能直接轉換成電能的電化學反應裝置，其具有能量密度高、綠色無污染、來源廣泛、成本低等優點。DEFCs主要通過陰陽極催化劑來催化乙醇燃料的轉化。作為陽極燃料，乙醇的氧化程度和效率是評判DEFCs性能優劣的重要指標，其中催化劑在乙醇電氧化中起著至關重要的作用。一氧化碳(CO)是乙醇分子的完全氧化過程中重要反應中間體，也是金屬表面電催化研究的模型分子，同時也是乙醇氧化的常見毒性中間體，更是探究乙醇分子在催化劑表面是否發生完全氧化反應的重要依據。因此，對CO在催化劑表面的吸附方式以及乙醇氧化過程中反應機理的探究有助于指導電催化劑的設計合成。鉑(Pt)基納米材料是DEFCs陽極催化反應中應用最廣泛的催化劑之一，但成本高、活性低、儲量少等問題阻礙了其商業化應用。因此，開發非Pt基電催化劑對于DEFCs的發展起著至關重要的作用。

在近年的研究中，鈀(Pd)基納米催化劑因具有與Pt相近的電子結構、原子半徑和晶體結構，以及較豐富的地殼儲量，在乙醇氧化反應(EOR)中備受關注。但是對于Pd基納米催化劑而言，盡管之前的研究報道該類材料在催化EOR的活性和穩定性上取得較大進展，仍然有三個主要因素限制了它們的實際應用：相對低的EOR活性和較差的穩定性；由于EOR中間體CO易吸附在其表面，從而占據Pd表面的活性位點，導致催化劑中毒，從而失去催化活性；Pd基納米催化劑表面的EOR反應機制不明朗，中間體催化劑毒化原因不明確，制約著催化劑的優化設計。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種具有強耦合結構的Pd基多孔納米催化劑的制備方法，制備工藝簡單，對生產條件要求低，所制備的Pd基多孔納米催化劑在結構上能夠克服傳統復合材料的結構穩定性缺陷，實現對復合材料的尺寸、形貌結構、相互間分布以及結合程度的控制，改善Pd基納米材料與氫氧化物間的協同作用，進而實現抑制CO毒化，提高材料在催化EOR上的活性和穩定性的目的。

為了實現以上目的，本發明采取的一種技術方案是：

一種具有強耦合結構的Pd基多孔納米催化劑的制備方法，包括如下步驟：S10前驅體溶液及還原溶液的制備，將一定量的表面活性劑溶于去離子水中作為反應溶劑，將預設比例的前驅體鈀鹽與前驅體鉍鹽溶于一定量的反應溶劑中得到前驅體溶液，將一定量的還原劑溶于另一份反應溶劑中得到還原溶液；S20將前驅體溶液加入至剩余的反應溶劑中以500～1000r/min的轉速攪拌10～30min后獲得混合液，將還原溶液加入至混合液中獲得反應溶液；S30將反應溶液以500～1000r/min的轉速攪拌2～4h，后置于25±1℃的環境下靜置3～9天清洗后獲得Pd基納米片初品；S40對Pd基納米片初品進行電化學活化處理后獲得Pd基多孔納米催化劑，其中，Pd基多孔納米催化劑為Pd-Bi(OH)₃。

進一步地，表面活性劑為環糊精，反應溶劑中環糊精的濃度不小于0.01mol/L。

進一步地，前驅體溶液中鈀離子的濃度為0.02～0.05mol/L。

進一步地，鉍離子的濃度為0.02～0.05mol/L。