[发明专利]一种钯与石墨烯结构碳材料复合电极催化剂的复合方法

说明书

技术领域

本发明是一种以石墨烯结构碳材料为基底，并在其表面沉积晶体钯纳米颗粒的复合电极催化剂制备技术，属于材料制备领域。

特别是低缺陷度、高稳定性以及高催化活性的钯-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂的复合方法。

背景技术

面对日益严峻的能源危机和环境污染问题，环保和节能减排成为社会发展的必由之路，改变能源的生产方式和消费方式在未来具有广阔的前景。其中，燃料电池就是一种重要的、可发展的能量转换系统。直接甲酸燃料电池具有高效、安全、绿色清洁等优点而备受瞩目。因此，寻求既有高催化活性、高抗毒性、长循环寿命等优异性能且相对廉价、清洁的新型燃料电池催化剂,对经济发展和环境改善具有重大意义。

在以往的研究过程中，金属钯对甲酸氧化的电催化活性较好，但其电催化稳定性较差且容易催化分解甲酸，因而在很大程度制约了直接甲酸燃料电池的发展和应用。采用碳材料作为基体材料，在其表面负载金属钯制备的新型复合电极催化剂可提高钯催化剂对甲酸氧化的电催化稳定性，同时又能有效降低钯对甲酸分解的速率。在各种碳材料中，石墨烯结构碳材料具有大比表面积、高电导率、电化学稳定等优点，因此近年来石墨烯结构碳材料和金属钯的复合材料成为了直接甲酸燃料电池领域研究的热点。到目前为止，人们通过对石墨烯结构碳材料进行表面氧化处理或者有机改性的方式实现金属钯纳米颗粒和石墨烯结构碳材料的复合（An effective strategy for small-sized and highly-dispersed palladium nanoparticles supported on graphene with excellent performance for formic acid oxidation. Journal of Materials Chemistry 2011, 21, 3384-3390; Highly dispersed Pd nanoparticles supported on 1,10- phenanthroline- functionalized multi-walled carbon nanotubes for electrooxidation of formic acid. Journal of Power Sources 2011, 196, 6232-6237）。对石墨烯结构碳材料进行表面氧化处理会在碳材料表面留下大量的缺陷，使其丧失许多原本的优异性能，从而影响最终制得催化剂的电化学活性和稳定性；对石墨烯结构碳材料进行有机改性的也可以达到负载钯纳米粒子的目的，然而由于该过程基体与粒子往往是通过物理作用相结合，钯纳米粒子容易在碳材料表面脱落，因此催化剂的电化学稳定性较差。

发明内容

 本发明的目的在于提供一种低缺陷度、高稳定性以及高催化活性的钯-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂的复合方法。

 低缺陷度、高稳定性以及高催化活性的钯-石墨烯结构碳材料的复合方法包括以下步骤：

第一步，将石墨烯结构碳材料置于1-甲基-2-吡咯烷酮中超声分散；

第二步，向第一步的体系中分别加入乙二醇和硝酸钯溶液并搅拌；

第三步，将第二步的体系转移至水热釜中反应；

第四步，将第三步的反应体系离心分离出固体产物，洗涤、干燥后获得钯-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂。

第一步中所述的超声时间为1-3小时，温度为20-30℃，所述的石墨烯结构碳材料选自石墨烯、碳纳米管或富勒烯中一种，所述分散液的浓度为0.01 g/L-1.00 g/L。

第二步中所述的金属钯与石墨烯结构碳材料的质量比为1:10-10：1，所述的1-甲基-2-吡咯烷酮与乙二醇的体积比为1：5-5：1。

第三步中所述的反应温度为20-200℃，所述的反应时间为2-36小时。

    本发明与现有技术相比，其优点在于：（1）钯-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂缺陷低、抗中毒能力强、催化活性高、稳定性好；（2）采用软化学方法，合成过程中避免了强酸氧化剂的使用，绿色安全，对环境友好；（3）应用本发明制备的钯-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂在直接甲酸燃料电池领域具有很好的应用前景和经济效益。

附图说明

图1是本发明钯-石墨烯结构碳材料复合电极催化剂的复合方法流程示意图。

图2是本发明实施实例1制备得到的钯-石墨烯催化剂的拉曼光谱图。

图3是本发明实施实例1制备得到的钯-石墨烯催化剂的循环伏安测试图。

具体实施方式