[发明专利]一种钯镉金属间化合物/合金催化剂材料及其合成方法、应用

说明书

本发明提供了一种钯镉纳米复合材料，所述钯镉纳米复合材料包括钯镉金属间化合物和/或钯镉纳米合金；所述钯镉纳米复合材料具有类球形的微观形貌。本发明提供的钯镉金属间化合物和/或钯镉纳米合金材料，具体特定的类球形形貌。作为电催化催化剂，特别是在甲酸电氧化催化方面，具有较高的甲酸电氧化活性及毒性中间物种耐受性，可达商业钯碳的22～23倍，在质子膜燃料电池应用中具有一定的应用前景。本发明还提供了钯镉金属间化合物/合金催化剂材料的合成方法，原料来源广泛易得，具有普适性，且合成步骤简单，条件温和，适合于大规模生产推广和应用，制备的催化剂产品具有较高的甲酸电氧化催化性能，具有良好的电催化实用前景。

技术领域

本发明属于贵金属复合催化剂技术领域，涉及一种钯镉纳米复合材料及其制备方法、应用，尤其涉及一种钯镉金属间化合物/合金催化剂材料及其合成方法、应用。

背景技术

催化剂是在化学反应中最常见的物质之一，它是指在化学反应里能改变反应物化学反应速率而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂，它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样，具有高度的选择性。据统计，约有90％以上的工业过程中使用催化剂，如化工、石化、生化、环保等。因而，领域内对于催化剂的研究一直保持着高度的关注。催化剂种类繁多，分类也很多，通常按反应体系的相态分为均相催化剂和多相催化剂，而多相催化剂又包括固体酸催化剂、有机碱催化剂、金属催化剂、金属氧化物催化剂、络合物催化剂、稀土催化剂以及纳米催化剂等，这其中金属催化剂是以金属为主要活性组分的固体催化剂，是目前受到广泛应用的一种催化剂，主要分为贵金属及铁、钴、镍等过渡元素，这类催化剂由于具有较高的催化活性，在工业领域越来越得到广泛的应用，是一类非常重要的催化剂。

绿色可持续能源的开发与利用是实现绿色生产生活方式，碳排放达峰后稳中有降，生态环境根本好转，美丽中国建设目标的必经途径之一。质子膜燃料电池作为新能源的一种形式，具有广泛的应用前景。这其中，甲酸燃料电池相比于其它质子膜燃料电池可以具备相当的电池功率密度，同时具有较高的理论开路电压。而甲酸低毒性、低渗透率的特点使其非常适合为便携设备供能。目前，铂、钯等贵金属常用于催化甲酸燃料电池阳极甲酸氧化反应，但珍稀的储量、高昂的价格导致其难以被大规模商业应用。除此之外，贵金属铂、钯等因其d带中心高于费米能级，非常容易受到反应中间产物毒化而失去催化活性，如CO^*。

相比于传统的贵金属催化剂，合金催化剂的发现和使用有效地在降低了贵金属用量的同时提高了催化剂的特异活性，是未来电催化剂发展的重要目标。与此同时，通过掺杂、混合进入第二种金属可以对贵金属主体的吸附、催化性质进行有效的调整和控制，在提升催化剂性能的同时，避免因吸附中间物种等导致的催化剂失活，有效增加催化剂的长程稳定性。而作为一种完全均匀的合金，金属间化合物合金催化剂能够最大程度地发挥出合金的优势，其具有确定的原子组成比例和晶格结构，因而便于研究者对于催化剂活性的理解和对催化剂组成结构进行设计研究。但是到目前为止，已存的甲酸电氧化催化剂在性能以及耐久性等方面仍然存在不足，难以应用在实际电池电堆中。

因此，如何得到一种更为适宜的贵金属复合催化剂，能够在甲酸电氧化催化方面具有更多的优势，弥补现有的相关催化剂在性能以及耐久性等方面的不足，已成为本领域诸多具有前瞻性的研究人员广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种钯镉纳米复合材料及其制备方法、应用，特别是一种钯镉金属间化合物/合金催化剂材料，本发明提供的钯镉纳米复合材料，作为电催化催化剂，特别是在甲酸电氧化催化方面，具有较高的甲酸电氧化活性及毒性中间物种耐受性；而且制备方法合成步骤简单，条件温和，适合于大规模生产推广和应用，具有良好的电催化实用前景。

本发明提供了一种钯镉纳米复合材料，所述钯镉纳米复合材料包括钯镉金属间化合物和/或钯镉纳米合金；

所述钯镉纳米复合材料具有类球形的微观形貌。

优选的，所述钯镉纳米复合材料包括钯镉纳米复合材料颗粒；