[发明专利]一种核壳结构的PdAu合金纳米颗粒催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳结构的PdAu合金纳米颗粒催化剂及其制备方法，属于电催化领域。本发明利用特定的钯源和金源为前驱体，在氢气气氛下，通过简单的一步法合成具核壳结构的PdAu合金纳米材料。相比于质量分数为20％的商业Pt/C，本发明所制备的PdAu合金纳米材料具有远大于商业Pt/C的氧还原性能，以及优于商业Pt/C的稳定性能。本发明方法操作简单，可控性强，具有一定的普适性。

技术领域

本发明涉及一种核壳结构的PdAu合金纳米颗粒催化剂及其制备方法，属于电催化技术领域。

背景技术

随着工业技术的快速发展，化石能源的急剧消耗，环境和能源问题变得日益严重。因此，发展清洁、高效、安全的能量转换工艺受到了全球越来越多的国家的关注和重视。燃料电池是一种利用燃料小分子中所具备的化学能(如：乙醇，甲醇，氢气，甲酸等)转换成电能的安全环保、清洁高效的能量转换装置。从十八世纪四十年代燃料电池概念的提出，燃料电池经历了一百七十多年的迅速发展。燃料电池的工作效率和功率密度主要依赖于电解质和催化剂材料的选择，特别是催化剂的选择扮演着至关重要的角色，在某种意义上，催化剂的选择限制了燃料电池的发展。铂基材料因为优异的催化性能被认为是燃料电池中最优异的催化剂，在燃料电池中应用十分广泛，也是最早应用于燃料电池中的催化剂。但是因为它的昂贵性，稀缺性，易中毒，耐久性及可靠性低，严重地制约了其大规模的商业化应用。因此，发展具有高活性的非铂基催化剂来替代铂基材料在燃料电池中的应用显得至关重要。金属钯(Pd)与金属铂(Pt)具有类似的物化性质，与铂相比，储存量更丰富且价格相对更加便宜。如果将钯基材料替代铂基材料，将有利于推动燃料电池的发展。但是，对于单独的金属钯纳米催化剂，因为它的不合适的电子结构，在燃料电池阴极部分表现出不尽人意的氧还原催化性能。众多研究表明，合金化是一种有效提高催化剂活性的措施。Chen等人通过聚苯胺改性合成的PdAu@PdAu纳米颗粒在碱性条件下的半波电位只有0.869V，在循环1000圈后催化活性发生明显的衰减。此外，Feng等人通过水热的方法合成的支状的PdAu纳米颗粒在碱性条件下的半波电位只有0.890V，循环了1000次也发生了明显的催化活性衰减现象。

发明内容

【技术问题】

现有的PdAu纳米催化剂的催化性能不理想，与商用Pt/C比较较差。

【技术方案】

为了解决上述问题，本发明提供了一种PdAu合金纳米催化剂及其制备方法，本发明方法工艺简单、成本较为低廉，制备的PdAu合金纳米材料具有优异的氧化原活性和稳定性，在碱性条件下表现出的半波电位为0.936V，远高于商业Pt/C的半波电位(0.843V)，循环了10000次才出现衰减的迹象，能够应用于燃料电池领域。

本发明的第一个目的是提供一种PdAu合金纳米催化剂的制备方法，所述方法是在氢气气氛下，钯源、金源和调控剂在溶剂中混合进行反应，反应结束后进行固液分离，取沉淀；所述钯源为乙酰丙酮钯；所述调控剂为羰基盐；所述钯源和金源中的钯和金的摩尔比为3：(1-4)。

在本发明的一种实施方式中，所述溶剂为油胺。

在本发明的一种实施方式中，所述反应的温度为160～170℃，反应的时间为3-5h。

在本发明的一种实施方式中，所述金源为氯金酸和/或氯金酸钠。

在本发明的一种实施方式中，所述调控剂羰基金属盐为羰基钼和/或羰基钨。

在本发明的一种实施方式中，所述调控剂的加入量为钯源和金源总质量的0.25～0.75倍。

在本发明的一种实施方式中，所述钯源和金源中的钯和金的摩尔比例优选为1:1.3。

在本发明的一种实施方式中，所述方法具体包括如下步骤：

1)将乙酰丙酮钯、氯金酸和调控剂加入到油胺中，搅拌形成溶液；