[发明专利]一种三维多孔结构的纳米钯或钯镍合金催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种三维多孔结构的纳米钯或钯镍合金催化剂的制备方法。 

背景技术

直接甲醇燃料电池由于具有较高的能量密度，简单的构造，操作方便，环境友好等优点被认为是一种很有前景的便携式电源，但要实现它的实用化就需要设计出低廉高效的阳极催化剂。在众多催化剂中铂基催化剂由于对甲醇的电氧化具有较好的性能而得到了最广泛的研究，但铂由于储量有限使得它价格昂贵，而且它在电催化的过程中容易被毒化，因此很多人在研究寻找非铂催化剂。其中，钯基催化剂由于相对价格较低，具有很好的抗CO中毒能力，在碱性溶液中对于甲醇的电氧化具有较好的催化性能而被认为是一种很好的催化剂，但是它的催化活性和稳定性仍需进一步提高。 

和非贵金属元素形成合金是一种常用的改善催化剂的方法，因为它不仅能提高催化剂的性能，而且能降低贵金属的用量。另外，很多研究也通过形貌的修饰来提高催化剂的活性，例如合成具有空心结构，纳米线，纳米片或花状的催化剂，这些特殊的形貌可以增大催化剂的活性比表面，或者使催化剂具有特殊的晶面取向，从而提高它的性能。在众多形貌中，多孔催化剂引起了人们的广泛重视，它的合成方法主要有去合金化和硬模板法两种，前者虽然可以得到较大比表面的催化剂，但它均匀的纳米级孔结构不利于反应物的传输，后者虽然可以较好的控制孔径等参数，但去除模板的过程较为复杂。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维多孔结构的纳米钯或钯镍合金催化剂的制备方法，大孔结构有利于反应物的传输，孔壁的纳米级枝晶结构以及空隙有利于增大催化剂的活性比表面，从而提高它的性能。 

本发明采用的方法为一种绿色，简便，快速的氢气泡模板法，溶液在较负的阴极电位下，在电极表面形成氢气泡，金属在氢气泡之间沉积，从而形成多孔结构，相比于硬模板法，这种方法的优点在于低成本，制备容易，孔结构可以调控，而且模板的生成，金属的沉积和模板的除去可以一步完成。另外，可方便地实现非贵金属Ni和贵金属Pd的共沉积。 

本发明提供的三维多孔Pd及PdNi催化剂的制备方法，采用玻碳电极为基底，利用氢气泡作为动态模板，在含有钯盐，或者含有钯盐和镍盐的溶液中，通过恒电位阴极沉积方法制备多孔催化剂。 

本发明提供的三维多孔结构的纳米钯及钯镍合金催化剂的制备方法的具体步骤如下: 

a. 对玻碳电极进行前处理，包括抛光，超声，电化学清洗等。

b. 配制电沉积所需溶液，包括制备多孔Pd催化剂用的溶液和制备多孔PdNi合金催化剂用的溶液。 

c. 在制备多孔Pd催化剂用的溶液或制备多孔PdNi合金催化剂用的溶液中，用三电极体系在电化学工作站上进行电沉积得到三维多孔Pd或PdNi合金薄膜催化剂。 

本发明中，步骤a的具体操作方法如下：用氧化铝粉末对玻碳电极进行抛光，直到得到一个光亮如镜的表面，然后在去离子水中超声清洗，最后以汞/硫酸亚汞电极为参比电极，将电极置于稀酸溶液中在-0.75到0.85 V 之间进行电化学清洗。 

本发明中，步骤b中，制备多孔Pd催化剂时，溶液含PdCl₂, H₂SO₄, NH₄Cl PdCl₂, H₂SO₄, NH₄Cl，其中PdCl₂为2-50 mmol/L, H₂SO₄为0.5-2 mol/L, NH₄Cl为0.05-2 mol/L ；制备多孔PdNi合金催化剂时，溶液含PdCl₂, NiCl₂，H₂SO₄, NH₄Cl，其中PdCl₂为2-50 mmol/L, NiCl₂为 0.05-0.1 mol/L ，H₂SO₄为0.5-2 mol/L, NH₄Cl为0.05-2 mol/L ； 

本发明中，步骤c的具体操作方法如下：使用CHI440A作为电化学工作站，三电极体系采用玻碳电极为工作电极，铂片电极为对电极，硫酸亚汞电极为参比电极。电沉积条件为在-2～-5V的电位下沉积20-300 s。