[发明专利]一种树冠状多级PdAg纳米枝晶的制备方法及其所得材料和应用

说明书

本发明公开了一种树冠状多级PdAg纳米枝晶的制备方法及其所得材料和该材料作为氧还原阴极催化剂的应用，该制备方法包括将Pd基金属前驱体、Ag基金属前驱体和1‑萘酚加入到溶剂中，混合均匀后静置反应，将生成的沉淀物分离、洗涤、干燥，即得所述树冠状多级PdAg纳米枝晶。本发明方法条件温和且产率较高，适合商业化生产。所得树冠状多级PdAg纳米枝晶作为一种氧还原阴极催化剂表现出优异的电催化活性和稳定性等优点。

技术领域

本发明涉及一种树冠状多级PdAg纳米枝晶的制备方法及其所得材料和该材料作为氧还原阴极催化剂的应用，属于Pd基合金纳米枝晶的技术领域。

背景技术

近年来，氧气还原反应(ORR)在能量转化和储存等领域扮演着重要的角色，被广泛地用于可再生燃料电池与新一代金属-空气电池中，然而ORR的反应途径复杂、反应动力学缓慢等缺点极大地限制了反应过程中的能量转化效率。因此，研制出一种催化活性高且性能稳定的ORR催化剂有极其重要的意义。

到目前为止，Pt与Pt基合金被认为是最有效的ORR电催化剂，但是贵金属Pt价格昂贵、储量稀少、燃料渗透和催化剂不稳定等缺点极大地限制了其商业化应用。与之相比，Pd的价格相对便宜、储量更为丰富，同时Pd与Pt的电子结构十分相似，对ORR的催化性能与Pt相当甚至优于纯Pt催化剂，因而有望成为可替代Pt基催化剂的潜在替代。贵金属催化剂的性能与稳定性很大程度上会受到组成、结构和形貌的影响，通过调节合成条件制备不同组成和结构的合金、核壳或异质结结构可以使贵金属催化剂的性能得到有效地提升。

目前，Pd基合金材料作为ORR电催化剂，虽然已有研究，但是仍然存在一定的缺陷，如制备工艺复杂，成本高，所得材料催化性能不够理想等。通过文献调研，很少见到关于PdAg合金催化剂用于ORR催化的报导，且已有报导的PdAg合金也常用于阳极小分子的催化氧化，阴极ORR的催化性并不太理想。贵金属催化剂的催化性能高度依赖于催化剂的形貌和结构，所以制备具有特殊形貌，尤其是具有超细粒径及多孔形貌的结构对于催化性能的提升均具有重要意义。以往制备具有特殊形貌的PdAg合金，通常有两种办法，一种是制备具有特殊形貌的Ag晶种，通过低温下Ag与Pd金属前驱之间的置换反应得到具有特殊结构的PdAg合金催化剂，反应条件温和，但是步骤较为繁杂；另一种是采用高温油浴、较长的生长时间或者高温高压水热的途径，加入结构导向剂控制Pd、Ag两种金属前驱体的还原速率，将其还原电势处于合理范围内，使其慢速生长成为特殊形貌和结构的PdAg合金，虽然反映步骤仅有一步，但是反应条件较为苛刻，大规模生产较为耗能且耗时较长、形貌控制剂的价格也常常不菲。

发明内容

发明目的：针对上述技术问题，本发明的目的在于提出一种树冠状多级PdAg纳米枝晶的制备方法及其所得材料在电催化方面的应用，通过一种简单高效的低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：

一种树冠状多级PdAg纳米枝晶的制备方法，过程如下：包括将Pd基金属前驱体、Ag基金属前驱体和1-萘酚加入到溶剂中，混合均匀后静置反应，将生成的沉淀物分离、洗涤、干燥，即得所述树冠状多级PdAg纳米枝晶。

所述溶剂为水。

所述的1-萘酚为还原剂与结构导向剂。

所述的1-萘酚与两种金属前驱体之和的摩尔比为(1～100):1。

所述的Pd基金属前驱体为Pd(NO₃)₂，Pd(OAc)₂或Pd(acac)₂等Pd盐；所述Ag基金属前驱体为AgNO₃或Ag(OAc)等。

所述的Pd基金属前驱体、Ag基金属前驱体两种金属前驱体的摩尔比值为(0.01～100)：1。