[发明专利]一种Pd-Ag/C催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碱性条件下小分子醇氧化催化剂，具体的说涉及一种用于碱性燃料电池的小分子醇燃料氧化催化剂的制备方法。

背景技术

随着阴离子交换膜的研究与发展，碱性燃料电池碳酸化的问题得到了一定程度的解决。在碱性溶液中，一方面由于甲醇、乙醇等小分子燃料的电化学氧化和氧还原的动力学过程较快，可以大大提高燃料电池的催化效率；另一方面因其可采用非Pt电催化剂，可以降低燃料电池的成本。因此，碱性燃料电池又引起了科研人员的广泛关注。

文献(Electrochemistry Communications 2007；9：2760-2763)指出：在碱性介质中碳载Pd电催化剂催化醇类氧化的催化活性高于Pt电催化剂，而与Pt相比，Pd具有价格低、储量丰富、且与Pt具有相同的外层电子结构等特点，可作为Pt基催化剂的替代金属。目前，Pd基催化剂的研究主要集中在碳载体的改变、催化剂微观形貌的改变以及加入其他金属或金属氧化物等几个方面。但仍没有得到比较公认的催化活性较高、稳定性较好、成本低廉的催化剂。

根据d-band原理，晶格常数较大的Ag(a＝0.409nm)掺杂到晶格常数较小的Pd(a＝0.389nm)中会引起Pd原子d-band能量升高，与反应物的结合能力增大，进而提高其催化活性，减少Pd用量，降低成本。

文献(Applied Catalysis B：Environmental 2009；91：507-515)采用共还原方法制备了Pd-Ag/C催化剂。与常规方法相似，为了减小催化剂粒径其制备过程中添加了保护剂，因此导致采用该方法制备的催化剂的催化活性及稳定性仍不令人满意，仍需在现有技术基础上做进一步的改进。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种应用于碱性燃料电池的小分子醇燃料氧化电催化剂及其制备方法，该催化剂对于小分子醇燃料的电氧化催化活性高，稳定性好，与常用的Pt基催化剂相比原料来源丰富且成本较低，制备工艺过程简单，有利于产品的规模化生产。

为实现上述目的，本发明采用以下具体方案来实现：

一种Pd-Ag/C催化剂的制备方法包括以下步骤，

1)碳载体的分散：取碳载体与无水乙醇混合，搅拌使碳载体在乙醇中均匀分散，形成浆液；碳载体因其自身的亲疏水特性使得其在乙醇中比较容易分散，形成均匀的浆液，如果换用水做分散剂则搅拌停止后，碳载体容易重新聚沉。

2)浸渍液的配制：

将Pd(NO₃)₂、或Pd(NO₃)₂与AgNO₃混合溶解于去离子水中形成溶液，将该溶液逐滴滴加或倾倒于步骤(1)中盛有碳载体浆液的容器中；Pd(NO₃)₂和AgNO₃易溶于水溶液，有利于在碳载体表面均匀浸渍；

或将Pd(NO₃)₂与AgNO₃分别溶解于去离子水中形成溶液，按先Pd(NO₃)₂溶液后AgNO₃溶液或先AgNO₃溶液后Pd(NO₃)₂溶液的顺序先后逐滴滴加或倾倒于步骤(1)中盛有碳载体浆液的容器中；金属前体Pd(NO₃)₂、或Pd(NO₃)₂与AgNO₃混合溶液滴加顺序不同，会在碳载体表面形成不同微观结构；通常如果反应由外扩散控制，蛋壳型为宜；反应由动力学控制时：均匀分布为宜；介质中有毒物则蛋白、蛋黄型为宜。通过前体的不同滴加顺序可以调控最终催化剂的金属原子结构，进而调控催化剂催化活性；

浸渍体系中去离子水的体积是乙醇体积的0.5-1.5倍；浸渍时间≥3h；

3)Pd-Ag/C催化剂的制备：

a.将上述步骤(2)中获得的浸渍液蒸干；防止在干燥过程中金属前体在碳载体表面聚集成大颗粒，影响催化剂催化活性；

b.于50-85℃将上述步骤(3)a中获得的蒸干物干燥≥5h，得到黑色粉末；温度太低不能充分干燥，温度太高催化剂粒子容易聚集长大，影响催化活性；