[发明专利]一种钯锡纳米链网状催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于催化剂制备技术领域，涉及一种钯锡纳米链网状催化剂及其制备方法和应用。包括以下步骤：(1)将聚乙烯吡咯烷酮添加到乙二醇溶液中超声混合均匀；(2)将氯钯酸铵、二水合氯化亚锡和柠檬酸加入到(1)所得溶液中超声条件下分散均匀；(3)将(2)所得混合溶液转移至水热釜中加热保温一段时间后再升温反应一段时间；(4)将(3)所得产物清洗后超声分散在乙醇中；(5)将XC‑72碳粉加入到乙醇中超声条件下分散均匀；(6)将(4)所得溶液加入到(5)所得溶液中，超声混匀；(7)将(6)所得产物经清洗后真空干燥。该方法制备的催化剂具有很高的电化学活性比表面积和甲酸氧化催化活性，操作简便，适合大规模制备。

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，涉及一种钯锡纳米链网状催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

以液体甲酸为燃料的直接甲酸燃料电池能量转化效率高、环境友好，在作为汽车动力以及便携式电源等方面显示出巨大的应用潜力。甲酸氧化是作为直接甲酸燃料电池必不可少的阳极催化反应。就目前来讲，其常用的钯/碳催化剂对甲酸氧化催化活性不够优良难以满足当前商业化的需要。为加快直接甲酸燃料电池的商业化进程，研究和制备高性能甲酸氧化催化剂显得尤为重要。和钯相比，锡金属价格相对便宜，且在地球上储量较为丰富。向钯中添加适量的锡不仅可以改变钯原有的电子结构和表面结构，在降低甲酸氧化反应活化能的同时降低对毒化物种的吸附，从而展现出更高的催化性能。然而，当前钯锡合金的制备，往往需要借助于高毒性的还原剂(例如硼氢化钠、油胺、水合肼)等，而高毒性还原剂的使用，容易造成环境污染并存在安全隐患。

催化反应涉及催化剂表界面电荷转移过程，纳米链网状结构不仅具有很高的比表面积——提供更多的催化反应活性位点并且提升电极过程动力学，还具有有效的抗团聚能力，从而展现出很高的应用潜力。

因此，研究一种操作简便、适合规模化生产低毒或无毒性的方法制备钯锡纳米链网状催化剂作为甲酸氧化催化剂，对于加快直接甲酸燃料电池的商业化发展将具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种钯锡纳米链网状催化剂及其制备方法和应用。该方法制备的催化剂具有很高的电化学活性比表面积和甲酸氧化催化活性，且该方法不涉及高毒性材料的使用，操作简便，重复性高，适合大规模制备。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种钯锡纳米链网状催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚乙烯吡咯烷酮添加到乙二醇溶液中超声混合均匀；

(2)将氯钯酸铵、二水合氯化亚锡和柠檬酸加入到步骤(1)所得溶液中超声条件下分散均匀；

(3)将步骤(2)所得混合溶液转移至水热釜中加热保温一段时间后再升温反应一段时间；

(4)将步骤(3)所得产物清洗后超声分散在乙醇中；

(5)将XC-72碳粉加入到乙醇中超声条件下分散均匀；

(6)将步骤(4)所得溶液加入到步骤(5)所得溶液中，超声混匀；

(7)将步骤(6)所得产物经清洗后真空干燥，即可。

所述步骤(1)中，聚乙烯吡咯烷酮在乙二醇溶液中的浓度为1～2mg mL^-1；超声时间为10min，功率为100～600W。

所述步骤(2)中，氯钯酸铵与二水合氯化亚锡的摩尔比为1:1～6:1；超声时间为5min，功率为100～600W。

所述步骤(3)中，将混合溶液转移至水热釜中加热至80～120℃保温3～10h；保温后，升温至180～260℃反应5～15h。