[发明专利]钯钌超薄纳米片及其制备方法和其作为电催化剂的应用

说明书

本发明公开了钯钌超薄纳米片及其制备方法和其作为电催化剂的应用，所述制备方法包括如下步骤：首先将钯前驱盐、三氯化铁、十二羰基三钌和结构调控剂，用9‑十八烯胺作为溶剂，在室温搅拌后，于75～85℃反应2～4h，再升温至145～155℃反应3～12h，自然冷却至室温后，用乙醇和正己烷的混合液充分洗涤，获得所述钯钌超薄纳米片。本发明采用一锅两步法，通过控制不同金属成核和生长的顺序制备钌含量可控的、形貌均一的钯钌超薄电催化剂，用于高效小分子电催化氧化以及氧气电催化还原反应。

技术领域

本发明属于催化材料制备技术领域，具体涉及钯钌材料。

背景技术

自2004年发现石墨烯(K.S.Novoselov,A.K.Geim,S.V.Morozov,D.Jiang,Y.Zhang,S.V.Dubonos,I.V.Grigorieva,A.A.Firsov,Science 2004,306,666.)以来，二维材料正式面世，以其独特的性质和潜在的广泛的应用前景迅速成为纳米领域的研究热点。作为二维材料家族成员之一，超薄二维纳米贵金属片因其表面高原子配位不饱和，比表面积大等优势被广泛应用于光热催化、生物医疗领域。然而，因金属键无方向性而易于形成三维的紧密堆积结构，超薄贵金属纳米材料湿化学法的可控合成仍存在巨大挑战。当前，已有文献作出报道，例如李亚栋课题组(H.Duan,N.Yan,R.Yu,C.-R.Chang,G.Zhou,H.-S.Hu,H.Rong,Z.Niu,J.Mao,H.Asakura,T.Tanaka,P.J.Dyson,J.Li,Y.Li,Nat.Commun.2014,5,3093.)利用弱配体聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的甲醛还原铑前驱体，成功制备出第一例单原子层厚度的纳米金属铑片，并对有机加氢反应显示出超强催化活性。巩金龙课题组(W.Zhu,L.Zhang,P.Yang,C.Hu,Z.Luo,X.Chang,Z.-J.Zhao,J.Gong,Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,36,11544-11588.)利用CO作为特定晶面保护气，构建厚度尺度可控的具有丰富边缘位点原子的Pd纳米片，并发现纳米片边缘位置的配位不饱和，能够有效减少CO₂电还原过程中CO产生的过电势。此外，利用协同效应构筑超薄二元、多元金属纳米片能够表现出更强的催化活性，例如张华课题组(Z.Zhang,Y.Liu,B.Chen,Y.Gong,L.Gu,Z.Fan,N.Yang,Z.Lai,Y.Chen,J.Wang,Y.Huang,M.Sindoro,W.Niu,B.Li,Y.Zong,Y.Yang,X.Huang,F.Huo,W.Huang,H.Zhang,Adv.Mater.2016,28,10282.)利用种子介导增长法合成亚单层钌修饰的超薄钯纳米片，对4-硝基苯酚的还原和1-辛炔的半氢化具有更优异的催化性能。相比于单金属纳米片，二元、多元金属超薄结构由于其它金属的引入，不仅能够降低单一金属使用量，还能够起到稳定结构，增强催化活性的作用。因此，发展一种简单高效可控、性能优异的二维超薄钯基金属纳米材料的绿色化学方法，对推动燃料电池的商业化进程具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供钯钌超薄纳米片及其制备方法和其作为电催化剂的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：

一种钯钌纳米片的制备方法，将钯前驱盐、三氯化铁、十二羰基三钌和结构调控剂，用9-十八烯胺作为溶剂在室温搅拌分散后，于75～85℃反应2～4h，再升温至145～155℃反应3～12h，自然冷却至室温后，用乙醇和正己烷的混合液充分洗涤，即获得所述钯钌纳米片。

本发明的一个优选实施方案中，所述钯前驱盐为乙酰丙酮钯。

本发明的一个优选实施方案中，所述结构调控剂为抗坏血酸。

本发明的一个优选实施方案中，所述乙酰丙酮钯、三氯化铁、十二羰基三钌、抗坏血酸的用料质量比为10～30:2～10:10～30:50～100。