[发明专利]一种纳米Pd/M-rGO复合催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米Pd/M‑rGO复合催化剂及其制备方法，属于纳米催化剂技术领域。本发明将氧化石墨烯加入到N,N‑二甲基甲酰胺进行超声剥离0.5~4h得到氧化石墨烯悬浮液；将过渡金属盐溶液和氧化石墨烯悬浮液混合均匀，在温度为160~200℃、搅拌条件下反应12~24h，冷却至室温，过滤、洗涤，冷冻干燥，然后再置于温度为600~900℃、Ar气氛围下恒温处理1~2 h得到M‑rGO复合材料；将丙酮、聚乙二醇和Na₂PdCl₄溶液混合均匀，然后进行紫外光照射10~30min得到Pd纳米胶体；将M‑rGO复合材料和Pd纳米胶体混合均匀并超声处理10~15min，再继续搅拌处理3~5h，过滤、洗涤，冷冻干燥即得Pd/M‑rGO纳米复合催化剂。本发明的Pd/M‑rGO催化剂具有分散性好、催化活性优良和稳定性良好的特点。

技术领域

本发明涉及一种纳米Pd/M-rGO复合催化剂及其制备方法，属于纳米催化剂技术领域。

背景技术

燃料电池是把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的一个能量转换装置。由于燃料电池直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程,不受卡诺循环限制,因而具有能量转化效率高、无噪音和无污染等优点，正在成为理想的能源利用方式。Pt和Pt基催化剂具有很高的电催化活性，但由于Pt价格昂贵且在催化过程中易受类CO中间体中毒，从而降低了Pt和Pt基催化剂的催化活性及稳定性。为了降低Pt的负载量，许多研究者开始用Pd来代替Pt。氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）由于具有好的电导率和大的比表面积等极好的性能，近几年来成为新能源领域的研究热点之一，其中也包括用于燃料电池催化剂的载体。然而，在以氧化石墨烯GO为载体的催化剂制备过程中，金属颗粒和氧化石墨烯GO易团聚从而使催化剂的比表面积减小，导致催化剂的催化活性和稳定性明显下降。因此，制备出能够有效降低金属颗粒和氧化石墨烯GO团聚、降低成本、同时大幅改善催化性能的催化剂，至关重要。

发明内容

针对目前Pd催化剂存在的问题和不足，本发明提供一种纳米Pd/M-rGO复合催化剂及其制备方法，本发明通过N,N-二甲基甲酰胺DMF共还原氧化石墨烯GO和过渡金属M，使过渡金属均匀分散在还原氧化石墨烯（reduced Graphene Oxide，rGO）的表面，减少石墨烯片层之间的团聚，再用光化学还原的方法使Pd小纳米颗粒均匀负载在M-rGO的表面；本发明方法制备的Pd/M-rGO复合催化剂有较大的比表面积，且Pd-M-GO之间发生相互作用，可有效的提高催化活性和稳定性。

本发明的目的是提供一种纳米Pd/M-rGO复合催化剂，其中M为过渡金属Ni、Co、Fe或Mn，rGO为还原氧化石墨烯，Pd的负载量为复合催化剂质量的15~25%；

本发明的另一目的是提供所述纳米Pd/M-rGO复合催化剂的制备方法，具体步骤如下：

（1）将氧化石墨烯加入到N,N-二甲基甲酰胺进行超声剥离0.5~4h得到氧化石墨烯悬浮液；

（2）将过渡金属M的盐溶液和步骤（1）的氧化石墨烯悬浮液混合均匀，在温度为160~200℃条件下水热反应12~24h，冷却至室温，过滤、洗涤，冷冻干燥，然后再置于温度为600~900℃、Ar气氛围下恒温处理1~2 h得到M-rGO复合材料；

（3）将丙酮、聚乙二醇和Na₂PdCl₄溶液混合均匀，然后进行312nm紫外光照射10~30min得到Pd纳米胶体；

（4）将步骤（2）的M-rGO复合材料和步骤（3）的Pd纳米胶体混合均匀并超声处理10~15min，再继续搅拌处理3~5h，过滤、洗涤，冷冻干燥，即得Pd/M-rGO纳米复合催化剂；

所述步骤（1）中氧化石墨烯悬浮液的浓度为0.5~2mg/mL；