[发明专利]一种Pd/SnO2/C复合纳米催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米催化剂材料制备技术领域，尤其是涉及一种Pd/SnO₂/C复合纳米催化剂的制备方法。

背景技术

直接醇类电池(fuel cell，FC)是一种新兴的化学电源，它将燃料的化学能与直接转化为电能，不受卡诺循环的限制，能量转化效率高；产物基本上排除了NOx，SO_X等污染物质的影响，具有环境友好；比功率高；比能量高等特点。然而在实现商业化进程中，还存在很多技术、经济难题。

目前Pt基催化剂对醇类电催化氧化效果较好，但是对于采用甲醇为燃料来说，甲醇氧化的中间产物会强烈的吸附在Pt表面，造成催化剂中毒，催化性能很快衰退，而且Pt价格昂贵，储量有限。Pd被认为是重要的替代材料之一。Pd在地壳中含量更丰富，相对价格便宜，且在碱性条件下，对乙醇有更好的催化活性。

为进一步提高催化剂的催化活性，降低催化剂的用量，可以从两个方面来提高燃料电池的性能：一是制备出高活性的高分散性的催化剂，二是使用高比面积的多孔载体。目前的研究表明在Pd催化剂基础上加入不同金属或氧化物，制备成Pd基二元或多元催化剂能显著提高对乙醇的催化活性。T.Maiyalagan引入了第二种金属Ni，制备了Pd-Ni/C催化剂，相对于Pd/C，在氧化乙醇时，起始氧化电位负移200mv，峰电流密度是Pd/C的四倍。R.Mmalewane制备了Pd-Sn/C和Pd-Ru-Sn/C两种催化剂，其中只含有金属Sn的二元金属催化剂在碱性溶液中有对乙醇更好的催化活性和抗CO中毒能力，且加入Sn后催化活性比Pd/C有明显提高，在Pd-Sn/C的XRD图片中，存在Pd和SnO₂晶体峰。C.Mahendiran在Pd催化剂中加入氧化物NiO/MgO，制备的Pd/(NiO/MgOC)催化剂，它在碱性溶液中对乙醇氧化有较好的活性和稳定性。在燃料电池催化剂中加入SnO₂，对于提高催化活性和催化剂抗CO中毒能力有明显改善。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种对乙醇氧化反应具有很高的催化活性的Pd/SnO₂/C复合纳米催化剂的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种Pd/SnO₂/C复合纳米催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)水热法制备SnO₂纳米颗粒；

a、将聚乙二醇2000(PEG2000)溶于无水乙醇中，完全溶解后再加入SnCl₂·2H₂O形成混合溶液，磁力搅拌下控温50℃反应2h，然后在室温下陈化12h；

b、在高压釜中进行高温高压反应，过滤烘干得到淡黄色粉末即为SnO₂纳米颗粒；

(2)将Vulcan XC-72活性炭粉与SnO₂纳米颗粒质量比为1∶1混合后置于乙二醇和去离子水组成的混合溶剂中，Vulcan XC-72活性炭粉与SnO₂纳米颗粒的加入量为40mg/120ml混合溶剂，控制温度为60℃，利用磁力搅拌器强力搅拌充分混合均匀；

(3)用液相还原法负载纳米Pd颗粒：

在步骤(2)得到的混合液中逐滴加入2mmol/L的PdCl₂溶液，搅拌一小时后，加入含有两个结晶水的柠檬酸三钠作为稳定剂，控制金属Pd与柠檬酸三钠的摩尔比为1∶5，超声震荡30min，混合均匀，再用碱性溶液NaOH调节溶液的pH值至11，然后加入还原剂，继续恒温反应3h，然后冷却至室温，抽虑洗涤至滤饼中无Cl-，真空干燥12h即得到黑色的Pd/SnO₂/C催化剂。

步骤(1)中所述的混合溶液中，聚乙二醇2000的浓度为0.004-0.005g/ml，SnCl₂的浓度为0.04-0.05g/ml。

步骤(2)中所述的Vulcan XC-72活性炭粉在混合前经过预处理，包括以下步骤：控制温度为90℃，将活性炭Vulcan XC-72在5mol/L的HNO₃中强力搅拌5h，冷却至室温后过滤并水洗；再控制温度在130℃真空干燥6h，将处理后的活性炭研磨并200目筛分得到粒度均匀的Vulcan XC-72活性炭粉。

步骤(2)中所述的乙二醇和去离子水的体积比为1∶3。

步骤(3)中所述的还原剂为硼氢化钠。