[发明专利]一种具有强耦合结构的Pd基多孔纳米催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种具有强耦合结构的Pd基多孔纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：S10前驱体溶液及还原溶液的制备；S20将前驱体溶液加入至剩余的反应溶剂中以500～1000r/min的转速搅拌10～30min后获得混合液，将还原溶液加入至混合液中获得反应溶液；S30将反应溶液以500～1000r/min的转速搅拌2～4h，后置于25±1℃的环境下静置3～9天清洗后获得Pd基纳米片初品；S40对Pd基纳米片初品进行电化学活化处理后获得Pd基多孔纳米催化剂。本发明的一种具有强耦合结构的Pd基多孔纳米催化剂的制备方法，所制备的Pd基多孔纳米催化剂在结构上能够克服传统复合材料的结构稳定性缺陷，改善Pd基纳米材料与氢氧化物间的协同作用，进而实现抑制CO毒化，提高材料在催化EOR上的活性和稳定性的目的。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种具有强耦合结构的Pd基多孔纳米催化剂的制备方法。

背景技术

直接乙醇燃料电池(DEFCs)是一种将液体燃料乙醇的化学能直接转换成电能的电化学反应装置，其具有能量密度高、绿色无污染、来源广泛、成本低等优点。DEFCs主要通过阴阳极催化剂来催化乙醇燃料的转化。作为阳极燃料，乙醇的氧化程度和效率是评判DEFCs性能优劣的重要指标，其中催化剂在乙醇电氧化中起着至关重要的作用。一氧化碳(CO)是乙醇分子的完全氧化过程中重要反应中间体，也是金属表面电催化研究的模型分子，同时也是乙醇氧化的常见毒性中间体，更是探究乙醇分子在催化剂表面是否发生完全氧化反应的重要依据。因此，对CO在催化剂表面的吸附方式以及乙醇氧化过程中反应机理的探究有助于指导电催化剂的设计合成。铂(Pt)基纳米材料是DEFCs阳极催化反应中应用最广泛的催化剂之一，但成本高、活性低、储量少等问题阻碍了其商业化应用。因此，开发非Pt基电催化剂对于DEFCs的发展起着至关重要的作用。

在近年的研究中，钯(Pd)基纳米催化剂因具有与Pt相近的电子结构、原子半径和晶体结构，以及较丰富的地壳储量，在乙醇氧化反应(EOR)中备受关注。但是对于Pd基纳米催化剂而言，尽管之前的研究报道该类材料在催化EOR的活性和稳定性上取得较大进展，仍然有三个主要因素限制了它们的实际应用：相对低的EOR活性和较差的稳定性；由于EOR中间体CO易吸附在其表面，从而占据Pd表面的活性位点，导致催化剂中毒，从而失去催化活性；Pd基纳米催化剂表面的EOR反应机制不明朗，中间体催化剂毒化原因不明确，制约着催化剂的优化设计。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种具有强耦合结构的Pd基多孔纳米催化剂的制备方法，制备工艺简单，对生产条件要求低，所制备的Pd基多孔纳米催化剂在结构上能够克服传统复合材料的结构稳定性缺陷，实现对复合材料的尺寸、形貌结构、相互间分布以及结合程度的控制，改善Pd基纳米材料与氢氧化物间的协同作用，进而实现抑制CO毒化，提高材料在催化EOR上的活性和稳定性的目的。

为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：

一种具有强耦合结构的Pd基多孔纳米催化剂的制备方法，包括如下步骤：S10前驱体溶液及还原溶液的制备，将一定量的表面活性剂溶于去离子水中作为反应溶剂，将预设比例的前驱体钯盐与前驱体铋盐溶于一定量的反应溶剂中得到前驱体溶液，将一定量的还原剂溶于另一份反应溶剂中得到还原溶液；S20将前驱体溶液加入至剩余的反应溶剂中以500～1000r/min的转速搅拌10～30min后获得混合液，将还原溶液加入至混合液中获得反应溶液；S30将反应溶液以500～1000r/min的转速搅拌2～4h，后置于25±1℃的环境下静置3～9天清洗后获得Pd基纳米片初品；S40对Pd基纳米片初品进行电化学活化处理后获得Pd基多孔纳米催化剂，其中，Pd基多孔纳米催化剂为Pd-Bi(OH)₃。

进一步地，表面活性剂为环糊精，反应溶剂中环糊精的浓度不小于0.01mol/L。

进一步地，前驱体溶液中钯离子的浓度为0.02～0.05mol/L。

进一步地，铋离子的浓度为0.02～0.05mol/L。