[发明专利]一种具有纳米核壳结构的复合催化剂及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201711064714.9 申请日: 2017-11-02
公开(公告)号: CN107890863A 公开(公告)日: 2018-04-10
发明(设计)人: 谭强;屈婷;柳永宁;陈元振 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: B01J23/14 分类号: B01J23/14;B01J23/46;B01J23/62;B01J23/63;B01J23/648;B01J23/652;B01J23/66;B01J23/68;B01J35/02;B01J37/00;B01J37/08;B01J37/32
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司61200 代理人: 徐文权
地址: 710049 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 纳米 结构 复合 催化剂 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于醇类燃料电池制备技术领域;涉及一种用于制备醇类燃料电池的催化剂;具体涉及一种具有纳米核壳结构的复合催化剂及其制备方法。

背景技术

醇类燃料电池是直接将醇类燃料的化学能转换为电能的一种绿色能源技术,其具有无污染、能量转化效率高且来源广泛、安全性高、储存和运输方便等优点,对解决当前全球所面临的两大难题(能源危机、环境污染)具有重要意义。目前醇类燃料电池广泛使用的催化剂大量依赖于贵金属催化剂,而贵金属催化剂易出现活性组分团聚、溶解、毒化、脱落等状况,导致催化剂性能降低,直接影响电池使用寿命。成本过高、寿命短、性能不稳定等因素严重制约了醇类燃料电池产业化发展。

近年来,金属氧化物作为助催化剂或催化剂载体被广泛应用于醇类燃料电池中,它与贵金属复合在一起,可防止贵金属颗粒团聚,改变贵金属颗粒表面的电子状态和吸附性质,进而提升催化性能。而目前贵金属/金属氧化物复合催化剂的主要制备方法有电沉积法、微波法、沉淀法等,这些方法制备出来的贵金属/金属氧化物复合催化剂虽然都具有良好的性能,但催化剂结构不可控,且贵金属与金属氧化物之间相互作用力弱,催化性能低。

发明内容

本发明提供了一种具有纳米核壳结构的复合催化剂,解决了该催化剂能够防止贵金属纳米颗粒团聚,改变贵金属纳米颗粒表面的电子状态和吸附性质,进而提升催化性能,同时碳层能够提高贵金属纳米颗粒与金属氧化物纳米颗粒之间的相互作用力。

本发明还提供了上述复合催化剂的制备方法,该方法采用氯化盐、硝酸盐等前驱体,避免了制备特殊结构催化剂所需的金属有机化合物,降低了制备成本,并且制备过程无需模板,操作简单,易于控制。

本发明的技术方案是:一种具有纳米核壳结构的复合催化剂,包括金属氧化物纳米颗粒,金属氧化物纳米颗粒的外层覆盖有碳层,碳层的外部均匀分布有多个贵金属纳米颗粒;其中金属氧化物纳米颗粒的粒径为20-50nm,贵金属纳米颗粒的粒径为2-10nm;碳层的厚度为2-10nm。

更进一步的,本发明的特点还在于:

其中金属氧化物纳米颗粒为Al2O3、Ga2O3、SiO2、GeO2、TiO2、ZrO2、V2O5、Cr2O3、MnO2、Fe2O3、Fe3O4、Co2O3、NiO、CuO、ZnO、Nb2O5、MoO3、RuO2、In2O3、CeO2、Sb2O3、Sb2O5、Tl2O3、PbO、Bi2O3、La2O3、Ta2O5、WO2、WO3或SnO2中的一种。

其中贵金属纳米颗粒为Au、Ag、Pt、Os、Ir、Ru、Rh或Pd中的一种或多种。

本发明的另一技术方案是:一种具有纳米核壳结构的复合催化剂的制备方法,包括以下步骤:

步骤1,将金属氧化物前驱体和碱性物质按质量比1:(1-5)混合并制成溶液,在100-200℃的条件下反应12-48h,然后冷却至室温,以3000-10000rpm的转速将溶液离心5-10min,得到固体产物A;

步骤2,使用乙醇和去离子水对固体产物A进行离心洗涤,然后冷冻干燥5-10h后得到金属氧化物纳米颗粒;

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