[发明专利]一种三元合金纳米催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种三元合金纳米催化剂及其制备方法与应用。本发明首先将氮硫共掺杂蜂窝碳超声分散在尿素与去离子水混合溶液中，然后加入预先配置好的钯盐溶液、铜盐溶液和钨酸铵溶液，80‑100℃保温使溶液呈弱碱性，再加入乙二醇溶液在一定温度下充分反应得到Pd_xCu_yW_z纳米三元金属合金的乙二醇混合液，最后经过离心、洗涤、干燥、惰性氛围中煅烧得到氮硫共掺杂蜂窝碳负载的Pd_xCu_yW_z三元合金纳米催化剂。本发明通过添加非贵金属元素Cu、W与Pd产生协同作用，并且负载于高比表面积的氮硫共掺杂蜂窝碳表面，与载体产生相互作用，不仅降低纳米催化剂中贵金属Pd的用量，而且提高了氧还原催化活性和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及纳米催化剂的制备技术领域，尤其涉及一种三元合金纳米催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

现在新型能源设备主要为燃料电池和空气电池，锂空气电池的空气电极的能量来源于无穷无尽的氧气，致使其在很小体积的电池而具有与汽油相媲美的能量而备受关注。空气电极对于空气电池具有极其重要的影响作用，而催化剂直接影响空气中氧气溶解在电解液的效率、影响ORR反应的效果，进而影响电池的整体性能。研究表明，在空气电极中加入合适的电催化剂，加快反应过程中的电荷转移速率和传质速率，有效地改善电化学极化现象，提高电池的整体性能。目前行之有效的一种催化剂是贵金属铂碳（Pt/C）。但是，铂的抗毒性能力较差，且价格昂贵；因为钯与铂具有类似的电子结构、电化学性能，及其低成本优势，被认为是一种能替代铂金的贵金属。但是纯钯催化活性欠佳，远不如铂碳，而且催化剂自身的循环稳定性也较差，从而制约着纯钯催化剂的应用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三元合金纳米催化剂及其制备方法与应用，旨在解决现有技术中的氧还原催化剂贵金属成本高、催化活性和催化剂自身的循环稳定性较差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种三元合金纳米催化剂的制备方法，其中，包括步骤：

（1）、分别配置钯盐溶液、铜盐溶液和钨酸铵溶液；

（2）、将氮硫共掺杂蜂窝碳，放入尿素与去离子水混合溶液中并超声分散，得到包含氮硫共掺杂蜂窝碳的混合溶液A；

（3）、按照预定好的Pd、Cu、W摩尔比x：y：z，将预先配置好的钯盐溶液、铜盐溶液和钨酸铵溶液在搅拌下滴入步骤（2）混合溶液A中，继续搅拌2-4h，待充分混合得到混合溶液B；

（4）、将步骤（3）的混合溶液B转移进三口烧瓶中，搭建冷凝回流装置，继续搅拌，温度升至80-100℃油浴保温0.5-1.5h；待冷却至室温，接着加入乙二醇，搅拌条件下温度升至120℃-140℃反应4-12h；

（5）、反应结束，得到含有Pd_xCu_yW_z纳米三元金属合金的混合液；将含有Pd_xCu_yW_z纳米三元金属合金的混合液进行离心分离，并洗涤沉淀至中性，之后真空干燥，最后在惰性气体氛围中高温煅烧，得到氮硫共掺杂蜂窝碳负载的Pd_xCu_yW_z三元合金催化剂，其中，x＞0，y＞0，z＞0。

所述的三元合金纳米催化剂的制备方法，其中，步骤（1）中，钯盐为氯化钯、硝酸钯或乙酸钯。

所述的三元合金纳米催化剂的制备方法，其中，步骤（1）中，铜盐为氯化铜、硝酸铜、乙酸铜或硫酸铜。

所述的三元合金纳米催化剂的制备方法，其中，步骤（2）中，所述超声分散的时间为30 min。