[发明专利]碳载MnPd纳米催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳载MnPd纳米催化剂及其制备方法，属于催化剂领域。在其中一个实施例中，首先将碳纳米管分别采用丙酮、NaOH溶液浸泡，然后NH₄F溶液搅拌，经真空干燥后自然冷却至室温，得到改性处理好的碳纳米管；利用光化学法还原制备金属纳米胶体；将得到的改性处理好的碳纳米管和得到的金属纳米胶体超声，连续搅拌3～6h后经蒸馏水清洗并真空抽滤后干燥得到负载金属纳米粒子催化剂。该方法在还原Mn和Pd时使用了相同的还原体系(丙酮‑PEG‑紫外光照)，工艺简单，绿色环保，该方法制备得到的纳米锰尺寸较小且均一，且表面存在大量缺陷，有利于催化过程中与Pd共同作用，催化氧化甲醇。

分案声明

本申请是2016年5月26日提交的、申请号为201610357893.4、发明创造名称为“利用光化学法还原MnPd制备碳纳米管负载金属纳米粒子催化剂的方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种利用光化学法还原MnPd制备碳纳米管负载金属纳米粒子催化剂的方法，属于催化剂制备技术领域。

背景技术

燃料电池是一种将燃料化学能转换成电能的能量转换装置。低温燃料电池由于具有结构简单、工作温度较低、能量转化效率高、噪音低和近乎零污染等优点，受到人们极大的关注和较快发展。燃料电池技术中，特别是对直接甲醇燃料电池，现有的商业催化剂是以碳黑负载贵金属单质作为催化剂，贵金属面临资源稀缺和成本高以及使用过程中容易产生催化剂中毒这些问题，限制了直接甲醇燃料电池的应用推广，为了解决这些问题，尝试加入其它价格相对较低的金属，降低催化剂成本，提高催化剂性能是现在研究的热点。

现有的单贵金属催化剂在负载分散性以及催化活性方面已经达到的极限，经过研究表明加入过渡金属可以有效提高催化性能，而这些金属的加入同样也起到了降低催化剂成本的作用。常用的金属有Fe、Co、Ni，使用的方法有直接化学还原(张忠林等，无机化学学报，2011,12:2413-1418)，制备得到了Fe、Co、Ni掺杂的M-Pt/C二元金属催化剂；高温原位还原(Mingmei Zhang et al,Electrochimica Acta,2012,77:247-243)制备得到NiPd/MWCNTs纳米催化剂。金属Mn近年来也有人尝试加入(Jindi Cai et al,InternationalJournal of Hydrogen Energy,2014,39:798-807)，得到的催化剂催化性能较单金属有明显提高，而制备的方法是以KMnO₄为原料，直接化学还原得到纳米MnO_x。该方法制备得到的纳米氧化锰尺寸较大，并且由于Mn和Pd使用的还原体系不同，二者需要分开制备，工艺较为繁琐复杂。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种利用光化学法还原MnPd制备碳纳米管负载金属纳米粒子催化剂的方法。该方法在还原Mn和Pd时使用了相同的还原体系(丙酮-PEG-紫外光照)，工艺简单，绿色环保，该方法制备得到的纳米锰氧化物尺寸较小且均一，且表面存在大量缺陷，有利于催化过程中与Pd共同作用，催化氧化甲醇，本发明通过以下技术方案实现。

一种利用光化学法还原MnPd制备碳纳米管负载金属纳米粒子催化剂的方法，其具体步骤如下：

(1)碳纳米管的改性处理：首先将碳纳米管分别采用丙酮、NaOH溶液浸泡，将浸泡后的碳纳米管采用1～4mol/L NH₄F溶液搅拌6～24h，经真空干燥后自然冷却至室温，得到改性处理好的碳纳米管；

(2)金属纳米胶体的合成：①将聚乙二醇-400、氯钯酸钠溶液按照体积比1～2:1～2混合均匀加水稀释得到混合溶液，再加入乙酸锰和丙酮搅拌均匀加水得到总液，将混合溶液在紫外光下照射30～50min得到粒径为2～7nm的金属纳米胶体；