[發(fā)明專利]一種用于直接醇類燃料電池的Pd氫化物催化劑及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210694417.7
• 申請日: 2022-06-20
• 公開（公告）號: CN115000424A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程年才;張兆廷
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/92;H01M8/1011
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 劉佳;蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種用于直接醇類燃料電池的Pd氫化物催化劑的制備方法。其是將Pd前驅(qū)體鹽于去離子水中配成Pd鹽水溶液，將碳載體于反應(yīng)溶劑中分散并調(diào)節(jié)pH值至8?13后，將所得Pd鹽水溶液加入其中，并加入H₄N₂·H₂O進(jìn)行攪拌反應(yīng)，以最終制得負(fù)載于碳載體上的Pd氫化物催化劑。本發(fā)明以H₄N₂·H₂O同時作為還原劑和氫源，使氫原子進(jìn)入Pd的晶格間隙中形成Pd氫化物，該反應(yīng)在常溫常壓下即可進(jìn)行，其制備過程安全簡單，成本低廉，易于實現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池領(lǐng)域，具體涉及一種用于直接醇類燃料電池的Pd氫化物催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）因其產(chǎn)物清潔環(huán)保、能量轉(zhuǎn)換率高、工作溫度低、啟動速度快和燃料來源充足等優(yōu)勢被認(rèn)為是富有前景的清潔電源設(shè)備。直接醇類燃料電池因其燃料本身(如甲醇、乙醇等)的優(yōu)良特性，受到研究者的廣泛關(guān)注。然而，目前可用于直接醇類燃料電池的商業(yè)化Pd/C催化劑仍存在諸如催化活性較低、穩(wěn)定性差及抗中毒能力差等問題。因此，有必要設(shè)計和開發(fā)具有良好反應(yīng)動力學(xué)和高穩(wěn)定性的鈀基電催化劑，以期獲得大規(guī)模工業(yè)化的可能。

研究表明，由于原子半徑小，類金屬和非金屬元素(如B，P等)容易進(jìn)入金屬晶體的間隙位置，因而可對Pd原子的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，增強(qiáng)Pd基催化劑的催化性能（電子效應(yīng)）。此外，由于原子半徑的不同，類金屬和非金屬元素進(jìn)入晶格間隙將導(dǎo)致主體晶格參數(shù)改變（應(yīng)變效應(yīng)）。貴金屬晶格間距的增加、金屬與雜原子之間的電荷轉(zhuǎn)移以及表面電子結(jié)構(gòu)的改變將共同削弱反應(yīng)中間體在反應(yīng)活性中心上的吸附強(qiáng)度，從而提高催化劑的活性和穩(wěn)定性。值得注意的是，氫作為半徑最小的原子，很容易與Pd結(jié)合形成Pd氫化物合金。近年來，在電催化領(lǐng)域的許多研究中，鈀與氫結(jié)合形成的PdH取得了優(yōu)異的催化性能。遺憾的是，目前，PdH在直接醇類燃料電池中的研究還較少。

中國專利CN 202110653019.6公開了一種催化氧還原反應(yīng)的花狀氫化鈀催化劑的制備方法，該方法以N,N-二甲基甲酰胺為H源，在高溫油浴的條件下還原了催化劑。但該反應(yīng)必須在高溫條件下進(jìn)行，不夠簡單安全，較難以實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。

中國專利CN 201910740434.8公開了一種氫化鈀納米片的制備方法，該方法需在高壓密閉玻璃反應(yīng)容器中，于油浴中210～230℃反應(yīng)得到氫化鈀納米片，仍然存在不夠安全，且反應(yīng)復(fù)雜繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有用于直接醇類燃料電池制備的商業(yè)化Pd/C催化劑存在的不足，本發(fā)明旨在提供一種在常溫常壓下即可進(jìn)行、成本低廉且操作簡單安全的用于直接醇類燃料電池的碳載Pd氫化物催化劑的合成方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于直接醇類燃料電池的Pd氫化物催化劑的制備方法，其包括如下步驟：

a）將一定量Pd前驅(qū)體鹽在攪拌和超聲條件下加熱至0-80℃，使其溶于去離子水中，配成Pd鹽水溶液待用；

b）將一定量碳載體加入反應(yīng)溶劑中，超聲、攪拌至完全分散，得載體溶液；

c）向步驟b）所得載體溶液中加入堿性物質(zhì)以調(diào)節(jié)其pH值為8-13；

d）將步驟a）配制的Pd鹽水溶液添加入到步驟c）得到的溶液中，添加H₄N₂·H₂O并攪拌1-18小時；

e） 將步驟d）所得反應(yīng)液抽濾并烘干，得到負(fù)載于碳載體上的Pd氫化物催化劑。