[发明专利]石墨烯负载超小钯铜纳米点高性能甲酸催化氧化剂的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明涉及石墨烯负载超小钯铜纳米点高性能甲酸催化氧化剂的制备方法及其产品和应用，制备方法包括将乙酰丙酮钯和乙酸铜添加到苯甲醇溶液中超声混合均匀，得溶液A；将抗坏血酸、聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯添加到乙醇中超声混合均匀，得溶液B；将步骤1)和将步骤2)所得溶液A和溶液B超声混合均匀后在加热至80～120℃保温10～15h；将所得产物经离心清洗后干燥，得石墨烯负载超小钯铜纳米点高性能甲酸催化氧化剂。制得催化剂具有很大的电化学活性比表面积、很高甲酸催化氧化活性、更负的起始氧化电位和优良的循环稳定性，并且该方法不涉及高毒性材料的使用，操作简便，重复性高，适合大规模制备。

技术领域

本发明属于催化剂制备领域，涉及石墨烯负载超小钯铜纳米点高性能甲酸催化氧化剂的制备方法，还涉及由该方法制得的产品和应用。

背景技术

直接甲酸燃料电池(DFAFC)具有低污染、能量转效率高、环境友好、操作噪音小等优点，在作为汽车动力以及便携式电源等方面具有广泛的应用前景。甲酸氧化是作为直接甲酸燃料电池必不可少的阳极催化反应。就目前来讲，其常用的钯碳催化剂对甲酸催化氧化活性和循环稳定性不够优良难以满足当前商业化的需要。为加快直接甲酸燃料电池的商业化进程，研究和制备高效稳定的甲酸催化氧化剂显得尤为重要。

为了提高催化剂的催化活性、降低催化剂的成本，将贵金属与过渡金属合金作为催化剂已经成为一种行之有效的方法。其中，铜因为其特有的电子结构和丰富的地球储量而受到广泛的关注。与钯的d带中心(-1.83eV)相比，铜具有更低的d带中心(-2.67eV)，因此铜的加入可以降低钯的d带中心、改变钯原有的电子结构和表面结构，在降低甲酸氧化反应活化能的同时降低对毒化物种的吸附，从而展现出更高的催化性能。另外，向钯中添加适量的铜也可以减少贵金属的使用从而降低成本。

催化反应涉及催化剂表界面电荷转移过程，超小纳米点结构不仅具有超高的比表面积和材料利用率，从而展现出更多的活性位点促进催化反应的有效进行和电极过程动力学的提高。另外，将纳米点结构催化剂均匀的负载在具有超高的比表面积和优异的化学稳定性的石墨烯上，可以有效抑制在催化反应中催化剂的团聚和熟化，从而进一步提高所制备催化剂的活性和稳定性。

因此，研究一种操作简便、适合规模化生产低毒或无毒性的方法制备石墨烯负载超小钯铜纳米点催化剂作为甲酸催化氧化剂，对于加快直接甲酸燃料电池的商业化发展具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供石墨烯负载超小钯铜纳米点高性能甲酸催化氧化剂的制备方法，该方法不涉及高毒性材料的使用，操作简便，重复性高，适合大规模制备；本发明的目的之二在于提供由所述制备方法制得的石墨烯负载超小钯铜纳米点催化剂，制得的催化剂具有很大的电化学活性比表面积、很高的甲酸催化氧化活性、更负的起始氧化电位和优良的循环稳定性；本发明的目的之三在于提供所述石墨烯负载超小钯铜纳米点催化剂在甲酸氧化电催化反应中的应用。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

1、石墨烯负载超小钯铜纳米点高性能甲酸催化氧化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)将乙酰丙酮钯和乙酸铜添加到苯甲醇溶液中超声混合均匀，得溶液A；

2)将抗坏血酸、聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯添加到乙醇中超声混合均匀，得溶液B；

3)将步骤1)和将步骤2)所得溶液A和溶液B超声混合均匀后在加热至80～120℃保温10～15h；

4)将所得产物经离心清洗后干燥，得石墨烯负载超小钯铜纳米点高性能甲酸催化氧化剂。

优选的，步骤1)中，乙酰丙酮钯和乙酸铜的摩尔比为1:1～5:1，优选的，乙酰丙酮钯的浓度为0.692mg/ml。

优选的，步骤1)中，超声时间为5～10min，功率为100～600W。