[发明专利]一种低密度泡沫钯材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钯材的制备，涉及一种低密度泡沫钯材的制备方法。本发明制备的低密度泡沫钯材适用于催化、传感、热交换等领域，也可应用于氢同位素的贮存、净化、分离等领域。 

背景技术

众所周知，Pt、Pd系列贵金属催化剂具有优异的催化活性，在催化工业中存在巨大的潜在应用价值。在工业应用中，经常直接采用Pt、Pd纳米粉体作为催化剂，由于金属纳米粉体自身的表面效应，容易在使用过程中造成团聚并结块，降低气体或液体介质的通过性，从而使其失去催化活性，该过程即为工业中常见的催化中毒现象。另外，Pt、Pd系列催化剂原料成本很高，制备工艺较为复杂，这些都限制了其商业化应用。

克服贵金属催化剂催化中毒的一种有效的方法是将其制成多孔材料，多孔贵金属一般具有较高的比表面积，高孔隙率不仅能提高介质通过性能，其催化反应活性也能够得到充分利用。同时，多孔贵金属相对密度较低，材料利用率很高，能够大幅降低贵金属的原料成本。和Pt相比，Pd的价格是其1/4到1/5，具有与Pt可比拟的催化活性，同时Pd是一类重要的氢敏感材料，在氢同位素交换热力学和动力学性质上优于其他材料，已被证明是氢同位素气体贮存和分离的理想材料。

现有技术中，多孔钯块体材料的制备主要有两种方法：一种是刘颖等采用的水溶性盐造孔法（刘颖等，一种多孔钯材的制备方法，中国专利号：ZL200510021892.4；李梦等,多孔钯块材制备及其对氘气的动态负载性能研究，国际氢能杂志, 2007, 32: 5033），采用水溶性盐作为造孔剂，将钯粉与造孔剂混合粉料进行烧结制成块材，然后将烧结坯体置于去离子水中水解，样品烘干即可得到多孔钯材。该制备工艺所得多孔钯材结构均匀，孔隙率为85.3%～87.8%，压缩强度大于2 MPa。另一种方法是采用去合金化工艺制备纳米多孔钯，丁轶等人（丁轶等, 多组元金属玻璃去合金化制备纳米多孔金属，化学材料，2008, 20: 4548）在1 mol/L硫酸溶液中对Pd₃₀Ni₅₀P₂₀进行电化学脱合金化处理，制备了纳米多孔钯。张中华等人（张中华等, (Au, Pd, Pt, Ag, and Cu)等体系纳米多孔金属的化学去合金化通用制备，物理化学杂志C, 2009, 113: 12629）对Pd-Al合金在盐酸和氢氧化钠溶液中进行脱合金化处理，可制备孔结构和尺寸可调的纳米多孔钯及其复合材料。

然而，对于多孔钯材的制备很少有关于块体材料密度的报道，采用水溶性造孔剂法制备的多孔钯材孔隙率为85.3%～87.8%，密度还不够低。而采用去合金化法制备多孔钯材，都要用到腐蚀性的强酸或强碱溶液，对环境污染较为严重，而且所得多孔钯材的孔隙率不会高于85%，材料体密度难以进一步降低。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种低密度泡沫钯材的制备方法。本发明目通过化学合成结合模板化工艺，提供一种结构均匀、尺寸可控、高孔隙率的低密度泡沫钯材制备工艺，获得高比表面积、高孔隙率的低密度多孔钯材，以提高其催化活性、介质通过性和氢同位素排代交换性能，从而有效解决现有催化、传感、热交换、氢同位素利用等领域存在的技术和成本问题。

本发明的内容是：一种低密度泡沫钯材的制备方法，其特征之处是包括下列步骤：

a、制备纳米钯水溶胶：

配料：采用氯钯酸钠（Na₂PdCl₄）作为钯源、配制成浓度为0.03mol/L的钯源水溶液；取原料四辛基溴化铵（简称TOAB）、硼氢化钠（NaBH₄）、二甲氨基吡啶（简称DMAP），分别配制成浓度为0.025mol/L的四辛基溴化铵（简称TOAB）甲苯溶液、浓度为0.4mol/ L的硼氢化钠（NaBH₄）水溶液、浓度为0.1mol/L的二甲氨基吡啶（简称DMAP）水溶液；

将20～40ml钯源水溶液加入到80ml四辛基溴化铵甲苯溶液中，搅拌后加入15～40ml硼氢化钠水溶液，搅拌（充分）混合反应后得混合液；将混合液倒入80ml的二甲氨基吡啶水溶液中（进行换液操作），静置分层后，将上层有机相层弃去，下层水溶液层即为制得的纳米钯水溶胶；

b、制备表面镀钯的聚苯乙烯微球水溶液：