[发明专利]一种多孔蒲公英状Pd纳米枝晶的制备方法及其所得材料和应用

说明书

本发明公开了一种多孔蒲公英状Pd纳米枝晶的制备方法及其所得材料和其作为氧还原阴极催化剂的应用，该方法以N，N'‑亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)为络合剂、结构导向剂和还原剂，采用静置还原法一步将金属前驱体快速还原成多孔蒲公英状Pd纳米枝晶。本发明方法制得的多孔蒲公英状Pd纳米枝晶具有形貌规整、粒径超细、电催化活性高等优点，其作为氧还原阴极催化剂展现出较高的催化活性和稳定性。本发明的制备方法简单高效，普适通用。

技术领域

本发明涉及一种多孔蒲公英状Pd纳米枝晶的制备方法及其所得材料和应用，属于Pd纳米枝晶技术领域。

背景技术

面临能源短缺和环境污染问题，大量的科研工作者致力于清洁能源技术的开发和发展。与其它能源转换装置不同，燃料电池可以将化学能直接转换为电能，并且具有无污染、零排放、效率高、用途广、燃料多样化等优势，有望成为未来最有潜力的能源供给装置。然而，在燃料电池商业化这条道路上，还有一些迫切需要解决的问题，其中最为突出的是设计并合成有催化活性高且稳定性好的低铂或非铂电催化剂来替代常用纯铂催化剂，从而大大降低燃料电池的应用成本。Pd与Pt的电子结构十分相似，且价格比Pt便宜，是一种极有潜力的替换催化剂。

不同形貌和结构的贵金属纳米晶，相对于其非纳米态材料具有特殊的物理化学性质，并在纳米科学中占有重要地位。通过改变纳米粒子的形貌和结构，可以使贵金属的固有性质发生巨大的改变。多孔贵金属基纳米结构具有高的比表面积、低的密度、丰富的催化活性位点以及良好的结构稳定性等优势，在电催化，光催化，药物运输和表面增强拉曼散射等领域有潜在的应用。迄今为止，通过不同的合成方法，一系列多孔或中空贵金属基纳米结构已经被制得，包括多孔笼和多孔框架等，并在不同领域取得广泛应用。牺牲模板法是构筑多孔纳米结构最著名的方法之一，特别在制备单金属中空结构方面。利用两种金属间的氧化还原电位差异和不同的扩散速率，以较活泼的金属为牺牲模板，以此形成孔洞。然而，在贵金属基合金中空纳米结构的制备方面，置换取代反应存在一定的技术限制。同时，牺牲模板法合成路线较为复杂，使用更加简便的方法构筑多孔结构仍需进一步探索。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种多孔蒲公英状Pd纳米枝晶的制备方法及其所得材料和应用，通过一种简单高效的室温水相还原法制得的催化剂对氧气的电化学反应(ORR)反应展现出优异的电催化活性和稳定性，以满足有关领域应用和发展的要求。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种多孔蒲公英状Pd纳米枝晶的制备方法，包括以下步骤：将N，N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)与金属前驱体两种反应物加入到溶剂中，静置反应，将生成的黑色沉淀物分离、洗涤、干燥，即得所述的多孔蒲公英状Pd纳米枝晶。

优选，所述的溶剂为水。

所述的MBAA作为表活剂、还原剂和形貌导向剂。

所述N，N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)和金属前驱体的摩尔比为(0.01～100):1。

所述静置反应时间为5-15min。

所述的反应温度为25～60℃。

所述的金属前驱体为PdCl₂、Na₂PdCl₄、K₂PdCl₄、H₂PdBr₄、Na₂PdBr₄、K₂PdBr₄、PdI₂、PdBr₂、Pd(NO₃)₂或PdAc₂等Pd盐。

所述制备方法所制得的多孔蒲公英状Pd纳米枝晶材料。