[发明专利]一种直接甲酸燃料电池用钯纳米催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂技术领域，更具体地说，涉及一种直接甲酸燃料电池用钯纳米催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，直接甲醇燃料电池得到了迅猛的发展，但是，由于甲醇存在有毒、易燃等缺点，因此，人们试图寻找更具潜力的燃料来代替甲醇。与甲醇相比，甲酸具有如下优点：首先，甲酸是一种强电介质，能够促进电子和质子的传输，特别有利于增加阳极室内溶液的质子电导率，对Nafion隔膜的渗透率只有甲醇的1/5；其次，甲酸无毒，是一种无污染的环境友好型物质；再次，甲酸不易燃，存储和运输安全方便。因此，直接甲酸燃料电池比直接甲醇燃料电池显示出更好的综合性能，越来越受到广大研究者的关注。

钯纳米催化剂对甲酸具有较高的电催化活性，同时具有抗CO中毒能力，因此，广泛应用于直接甲酸燃料电池中。催化剂的制备方法对催化剂分散度、粒径大小和分布、活性表面积、催化剂的利用率等方面都有很大的影响，从而影响催化剂的电催化活性和稳定性等。目前，广泛应用的贵金属催化剂的制备方法为浸渍-液相还原法，包括：将载体在溶剂中分散均匀，然后加入贵金属前驱体浸渍到所述载体表面或者孔内，调节pH值、滴加过量的还原剂后，得到炭载金属催化剂。但是，该方法制备的催化剂分散性差，金属粒子的粒径大小和分布不易控制。

室温离子液体具有低的界面张力、可忽略的蒸气压和宽的电化学窗口，在合成无机纳米粒子方面显示出了独特的优势。例如，离子液体已经被用于合成纳米多孔的二氧化钛，金纳米粒子和铂纳米粒子。这主要是因为，离子液体具有的低的界面张力有利于导致高的成核速率和弱的奥斯瓦特熟化过程，从而促进小尺寸、窄分布的纳米粒子的形成。本发明人考虑，提供一种直接甲酸燃料电池用钯纳米催化剂的制备方法，该方法制备的钯纳米催化剂具有小粒径、窄分布和高的甲酸电催化活性。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种直接甲酸燃料电池用钯纳米催化剂的制备方法，该方法制备的钯纳米催化剂粒径小，粒径分布窄，甲酸电催化活性高。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种直接甲酸燃料电池用钯纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

将炭载体分散于水中，得到悬浮液；

向所述悬浮液加入胍盐离子液体和钯金属前驱体，将所述胍盐离子液体和钯金属前驱体发生配位反应形成含钯络合物；

将所述含钯络合物与还原剂反应形成钯纳米粒子并沉积在所述炭载体表面，洗涤、干燥后得到直接甲酸燃料电池用钯纳米催化剂。

优选的，所述炭载体与水的重量比为1∶(1.8～3)。

优选的，所述胍盐离子液体与钯金属前驱体的摩尔比为(3～5)∶1。

优选的，所述胍盐离子液体为四甲基二丁基溴化胍水溶液、四甲基二己基溴化胍水溶液或四甲基二十六烷基溴化胍水溶液。

优选的，所述钯金属前驱体为H₂PdCl₄、Na₂PdCl₄或K₂PdCl₄。

优选的，向所述悬浮液中加入胍盐离子液体和钯金属前驱体后还包括：利用NaOH溶液调节pH值至5～6，超声分散。

优选的，所述pH值为5.5。

优选的，所述还原剂为NaBH₄、KBH₄、水合肼或多聚甲醛。

优选的，所述还原剂与所述钯金属前驱体的摩尔比为(4～6)∶1。

优选的，所述含钯络合物与还原剂的反应时间为4～8h。

本发明提供一种直接甲酸燃料电池用钯纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：将炭载体分散于水中，得到悬浮液；向所述悬浮液中加入胍盐离子液体和钯金属前驱体，将胍盐离子液体与钯金属前驱体发生配位反应形成含钯络合物；将所述含钯络合物与还原剂反应形成钯纳米粒子并沉积在所述炭载体表面，洗涤、干燥后得到直接甲酸燃料电池用钯纳米催化剂。与现有技术相比，本发明以胍盐离子液体为反应原料，该胍盐离子液体与钯金属前驱体通过配位作用形成含钯络合物作为新的纳米粒子前驱体，其具有更快的成核速率；在纳米粒子随后的生长过程中，一方面，由于胍盐离子液体能够紧密地吸附在形成的纳米粒子表面，为钯纳米粒子之间提供静电排斥力和空间位阻，从而抑制纳米粒子之间的相互聚集和进一步的团聚；另一方面，由于胍盐离子液体具有低的表面张力，从而使钯纳米催化剂的合成具有更快的成核速率和更短的奥斯瓦特熟化过程。因此，本发明制备的钯纳米催化剂粒径小，粒径分布窄。