[发明专利]一种以还原氧化石墨烯为载体的Ni@Au@Pd三层核壳结构的电催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种以还原氧化石墨烯为载体的Ni@Au@Pd三层核壳结构的电催化剂及其制备方法，属于复合材料领域。本发明采用Hummers法制备还原氧化石墨烯。将NiCl₂与GO制成混合溶液，使用NaBH₄还原Ni²⁺，得到Ni原子。再加入HAuCl₄溶液，利用Ni与Au³⁺的置换反应得到Au。Au包覆于Ni表面，形成Ni@Au双层核壳。再加入H₂PdCl₄溶液，还原Pd²⁺，得到Pd原子。Pd包覆于Ni@Au表面，形成Ni@Au@Pd三层核壳结构并负载于还原氧化石墨烯上。该制备方法具有步骤简单，充分利用原料。该产物具有鲜明且独特的核壳结构形貌特征，且对乙醇氧化和氧还原反应有较好的催化性能。

技术领域

本发明涉及一种以还原氧化石墨烯为载体的Ni@Au@Pd三层核壳结构的电催化剂及其制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

阳极催化反应作为直接乙醇燃料电池(DEFC)的重要电化学反应，对于提高电池效率有至关重要的作用。目前催化性能最好的阳极催化剂主要为Pt基等贵金属催化剂。由于Pt价格昂贵，成本较高，且在催化乙醇氧化(EOR)过程中易发生催化剂中毒现象，因此制约了阳极催化剂和DEFC性能的提高和发展。催化阴极氧还原反应的阴极催化剂也以商业化Pt/C为主。

核壳结构作为特殊结构纳米粒子，展现出独特的物理化学性质，广泛应用于电催化领域。还原氧化石墨烯(rGO)具有优良的机械性能、高导电性、高比表面积和热稳定性，使其可以作为催化剂的负载基底广泛应用于复合材料领域。如Gyoung Hwa Jeong等制备的Au@Pd/GO纳米复合材料，在乙醇氧化(EOR)中的峰值电流能够达到11.6A/mg；ZhengJieNing等制备出的AuPd@Pd-GO催化剂对ORR有优异的催化性能。核壳结构Pd基催化剂虽然在催化性能上有所提高，但催化剂稳定性较差，从而影响其在直接乙醇燃料电池阳极催化及其阴极氧还原反应中的电催化性能。

能够同时催化DEFC乙醇氧化(EOR)阳极过程和阴极氧还原反应的非Pt电催化剂鲜有报道。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的贵金属催化剂成本过高、易中毒、稳定性差且不能同时催化乙醇氧化(EOR)阳极过程和阴极氧还原反应的问题，提供一种以还原氧化石墨烯为载体的Ni@Au@Pd三层核壳结构的电催化剂及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种以还原氧化石墨烯为载体的Ni@Au@Pd三层核壳结构的电催化剂，以还原氧化石墨烯为载体，在非贵金属核Ni表面用贵金属薄壳Au和Pd进行组装，制备出平均金属纳米粒径为7.4nm，具有“核-中间层-壳”三层特殊结构，均匀的分散于还原氧化石墨烯(rGO)的多功能三层核壳结构电催化剂Ni@Au@Pd-rGO。

一种以还原氧化石墨烯为载体的Ni@Au@Pd三层核壳结构的电催化剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、采用Hummers法制备氧化石墨烯(GO)。

步骤二、将步骤一中制得的GO均匀分散于去离子水中，得到GO水溶液。将Ni的前驱体加入GO水溶液中，超声分散，得到混合溶液。将过量的还原剂溶液逐滴加入到混合溶液中，搅拌至得到Ni单质和还原氧化石墨烯(rGO)。用去离子水彻底洗涤下层黑色沉淀至中性，再将黑色沉淀分散于去离子水中，得到还原氧化石墨烯负载的单质Ni的水溶液(Ni-rGO)；