[发明专利]一种负载型钯-超薄CoNi-LDH纳米片复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载型钯‑超薄CoNi‑LDH纳米片复合材料及其制备方法和应用。本发明先通过一步水醇热溶剂法制备超薄CoNi‑LDH纳米片，以该超薄CoNi‑LDH纳米片作为载体负载贵金属Pd纳米颗粒，制备出Pd‑超薄CoNi‑LDH纳米片复合材料。将其应用于电催化乙醇氧化反应，具有质量活性高、稳定性好和抗毒化能力强等优点。可归因于以下几方面：（1）、超薄载体能够提供较大的电化学活性面积、较好的导电性，以及较强的抗CO毒化能力，（2）、Ni基LDH载体能够清除PdNPs位点附近的碳质中间体，层板高度分散的Co元素能够实现PdNPs的均匀牢固负载，有利于PdNPs的充分利用，从而协同提升催化活性和稳定性。

本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种负载型钯-超薄CoNi-LDH纳米片电催化剂及其制备方法和在电催化乙醇氧化反应中的应用。

背景技术

直接乙醇燃料电池(DEFCs)具有能量密度高、无污染、燃料绿色可再生等优点。研究直接乙醇燃料电池对缓解当前能源危机、环境污染等问题具有战略性意义。但是乙醇完全催化氧化是一个12电子的转移过程，C-C键的断裂较为困难，中间反应繁多，反应过程中的产物易使催化剂毒化失活，因此寻找价格低廉，高催化活性和高稳定性的阳极催化剂是当前的发展趋势。

在用于DEFCs的电催化剂中，Pt、Pd和Ru等贵金属在乙醇催化氧化方面表现出较高的催化性能。但是，这些贵金属还存在成本高、储量少及稳定性差等问题，限制了其进一步应用，因此迫切需要研究高活性、高稳定性的贵金属基电催化剂，降低电极上贵金属使用量，提高其利用率是降低其成本的有效路径；同时，将贵金属与其它纳米材料进行复合是提高其稳定性的有效策略。传统方法制备的PdNPs通常容易聚集，从而降低其催化活性位的暴露以及使用过程中的稳定性，且贵金属Pd存在易被反应过程中产生的碳质中间体(主要是CO)毒化而降低活性的问题。因此，将Pd负载在合适的载体上，既可以实现PdNPs具有洁净的反应界面和牢固负载，又具备清除碳质中间体的能力，是切实有效的解决办法。

本发明以超薄CoNi-LDH纳米片作为载体负载Pd纳米颗粒(PdNPs)，利用LDH超薄结构能够提供较大的电化学活性面积、较好的导电性的特点，结合Ni基氢氧化物载体本身能够清除碳质中间体的能力，层板Co元素高度分散的结构特点实现PdNPs的均匀牢固负载，有利于PdNPs的暴露和利用，协同提升电催化乙醇氧化性能。同时负载型钯-超薄CoNi-LDH纳米片复合材料的制备过程简单，环境友好，具有高质量活性、高稳定性和抗毒化能力强的特点。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术中所存在的问题和现有技术存在的不足，提供一种负载型钯-超薄CoNi-LDH纳米片复合材料及其制备方法和在电催化乙醇氧化反应中的应用，通过合理调控复合材料的组成与微观结构以提高电催化乙醇氧化性能，且制备方法简单、绿色环保。本发明制备的催化剂在碱性电催化乙醇氧化反应中表现出高的质量活性、良好的抗CO中毒能力和高稳定性，在电催化乙醇氧化方面具有重要的意义和应用前景。

本发明通过简单的两步法制备一种负载型钯-超薄CoNi-LDH纳米片复合材料，其特征在于，该复合材料由厚度为1.3~1.5 nm、片径尺寸为400~600 nm的超薄CoNi-LDH纳米片和直径为1.5~2.5 nm的钯（Pd）纳米颗粒组成，其中Pd纳米颗粒均匀分散在超薄CoNi-LDH纳米片上，负载量为1.6~17.6 wt%。

一种负载型钯-超薄CoNi-LDH纳米片复合材料的制备方法，包括以下步骤：