[发明专利]钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种甲酸氧化催化剂的制备方法，具体涉及一种钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法。

背景技术

燃料电池是把化学能直接转化为电能的高效洁净发电装置，对于解决当今世界面临的“能源短缺”和“环境污染”这两大难题具有重要的意义，被认为是21世纪最为重要的能源动力之一。直接甲酸燃料电池以其电化学高催化活性、低渗透率、无毒、不易燃烧、存储和运输方便、安全等优点备受关注，成为当前研究的热点课题。

在直接甲酸燃料电池等领域，甲酸的氧化反应是最重要的电催化反应之一。目前，贵金属催化剂仍然是甲酸氧化反应的传统催化剂，同时也是应用最广泛的催化剂，特别是商业化的钯/碳催化剂，但是该催化剂仍然需要优化以进一步提高其催化甲酸的性能。商业化的钯/碳催化剂由于其钯金属晶体粒径较大、碳载体比表面较小等导致其催化甲酸的性能不够理想且稳定性较低。

因此，研究一种性能优良、稳定性高、原料来源广泛、制备方法简单并适合大规模生产的甲酸氧化催化剂，成为影响直接甲酸燃料电池等能源转换装置商业化发展的重要因素。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，制备的催化剂具有优良的甲酸氧化催化性能和长期稳定性，并且原材料来源广泛、制备方法简单、适合大规模生产。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1）将石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和氯钯酸铵溶解到水中，配制成混合溶液；

2）将步骤1）配制的混合溶液超声分散均匀后，添加甲酸，继续超声混合均匀；

3）将步骤2）超声混合均匀后的溶液进行水热反应；

4）将步骤3）水热反应的产物清洗后干燥，即为钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂。

进一步，所述步骤1）中，按照钯与石墨烯的质量比为1：1~5的比例称取石墨烯。

进一步，所述步骤1）中，按照钯与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：5~20的比例称取聚乙烯吡咯烷酮。

进一步，所述步骤2）中，按照钯与甲酸为1mg：0.1~1 ml的比例添加甲酸。

进一步，所述步骤3）中，水热反应温度为100~180℃，反应时间为6~24h。

本发明的有益效果在于：

本发明先将石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和氯钯酸铵配制成混合溶液，超声后使得反应物前驱体分散均匀，然后加入甲酸作为还原剂，继续超声使还原剂与反应物前驱体混合均匀，水热反应的产物为超小的钯金属晶体均匀分布在石墨烯表面上，其晶体粒径为2~15纳米左右。

石墨烯具有显著的导电性能、高的比表面积以及良好的稳定性能，本发明选用石墨烯作为催化剂的载体，同时在本发明的反应条件下钯金属晶体在石墨烯表面实现了超小粒径的均匀沉积，因此，本发明制备的钯/石墨烯催化剂与商业化钯/碳催化剂相比，具有更优良的甲酸氧化催化性能和长期稳定性能，可替代商业化钯/碳催化剂应用于直接甲酸燃料电池以及其他能源转换领域，具备较高的实用价值；并且本发明的原材料来源广泛、制备方法简单、适合大规模生产。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为实施例1制备的钯/石墨烯催化剂的透射电镜图；

图2为实施例1制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H₂SO₄+0.5M HCOOH溶液中的循环伏安曲线比较图； 

图3为实施例1制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H₂SO₄+0.5M HCOOH溶液中的稳定性比较图；

图4为实施例2制备的钯/石墨烯催化剂的透射电镜图；

图5为实施例2制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H₂SO₄+0.5M HCOOH溶液中的循环伏安曲线比较图； 

图6为实施例2制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H₂SO₄+0.5M HCOOH溶液中的稳定性比较图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1

本实施例的的钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：