[发明专利]一种直接乙醇燃料电池用Pd/Ag纳米合金催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种直接乙醇燃料电池用Pd/Ag纳米合金催化剂的制备方法。该方法是按体积比3～7:1将醇加入水中，搅拌，分别加入聚乙烯吡咯烷酮、金属钯盐前躯体、金属银盐前驱体和柠檬酸钠，于20～25℃下搅拌1.5～2.5 h后，光照条件下反应1.8～12 h，离心分离收集沉淀物，洗涤干燥后即可得到Pd/Ag纳米合金催化剂。本发明以聚乙烯吡咯烷酮为稳定剂和导向剂，借助醇和柠檬酸钠的还原作用，在温和条件下一步合成Pd/Ag纳米合金催化剂，不仅提高了合成效率和产率，而且该催化剂形貌具有可控性，对乙醇有较好的催化活性，可用作直接乙醇燃料电池的催化剂，且制备过程简单，生产周期短，易于规模化生产，有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，更具体地，涉及一种直接乙醇燃料电池用Pd/Ag纳米合金催化剂的制备方法。

背景技术

直接醇类燃料电池（Direct Alcohol Fuel Cell，DAFC）是将燃料（甲醇、乙醇等）的化学能直接转化为电能的一类电化学反应装置。由于DAFC具有燃料资源丰富、运行温度低、比能量密度高、存储携带方便等特点，目前已成为国际燃料电池研究开发的新能源技术之一。但是，该项技术还存在着不小的技术瓶颈，其催化剂的性能和成本一直是阻碍其商业化进程的两个关键因素。DAFC属于低温燃料电池，其运行温度一般不超过100℃，在此温度下，多数过渡金属对氢和有机小分子的催化氧化活性都很低，因而普遍采用贵金属铂（Pt）作为催化剂，然而，Pt作为一种稀缺资源，其价格十分昂贵，且在催化反应过程易被毒化，因此一定程度上了限制了其大规模应用。钯（Pd）催化剂活性优异，可与Pt相媲美，而价格仅为后者的1/3，这有利于降低催化剂的成本；另外有研究表明，对于有机小分子甲醇和乙醇等Pd比Pt有更好的电催化性能，故Pd被认为是Pt重要的替代材料之一。同时在单金属Pd的研究基础上，向体系中引入另外一种金属，形成纳米合金，不仅降低了Pd的用量，而且引入的第二种金属有利于强吸附残基的氧化，表现出一定的协同效应，可以提高催化剂的催化活性、抗中毒性、选择性和稳定性。近年对于含Pd单/双金属催化剂对有机小分子电催化的科学研究十分活跃，尤其是Pd/Ag合金纳米催化剂，在燃料电池的研究中受到了广泛关注。

例如，中国专利申请201510569877.7公开了一类燃料电池用纳米钯银合金的制备方法，其首先以乙二醇为溶剂，分别配制PVP溶液、AgNO₃溶液和氯化钠的乙二醇溶液；以去离子水为溶剂，分别配制饱和氯化钠水溶液和PdCl₂溶液，将乙二醇和氯化钠的乙二醇溶液混合后于155～165℃下搅拌0.9～1.1 h，然后将第一部分的AgNO₃溶液均匀滴加入其中并在两分钟内滴加完毕，再同时开始滴加第二部分的AgNO₃溶液和PVP溶液且均在5 min内均匀滴加完毕；得到的溶液在155～165℃下搅拌40～50 min，在室温下冷却，得到银纳米线；将得到的含有银纳米线的溶液中加入去离子水，然后在室温下向其中逐滴加入新鲜配制的PdCl₂溶液，滴加完毕后，在室温下继续搅拌11.5～12.5 h；将得到的溶液固液分离，得到的产物用饱和氯化钠水溶液洗涤后，再用无水乙醇洗涤，即得所述之Pd/Ag合金纳米管催化剂。中国专利申请201510194588.3亦公开了一种直接甲醇燃料电池用炭载钯银纳米复合催化剂的制备方法，在三口烧瓶中分别加入Vulcan XC-72R活性炭、聚乙烯吡咯烷酮、PdCl₂水溶液和蒸馏水，然后通过30 min的超声分散使聚乙烯吡咯烷酮完全溶解并将活性炭均匀分散在混合溶液中；在不断搅拌的条件下，加入NaOH水溶液；继续搅拌10 min后，向三口烧瓶中加入AgNO₃水溶液；继续搅拌10 min后，向三口烧瓶中快速加入20 ml由128～256 mgNaBH₄配制的溶液；连续搅拌24 h后停止搅拌，并静置24 h；过滤、充分洗涤，并用真空干燥箱在80℃下干燥6 h后，即得到炭载钯银纳米复合催化剂。