[发明专利]一种异质结PdAg纳米线的制备方法及其所得材料和应用

说明书

本发明公开了一种异质结PdAg纳米线的制备方法及其所得材料和该材料作为甲酸燃料电池阳极催化剂的应用，所述制备方法包括将氨封端的聚N‑异丙基丙烯酰胺(PNIPAM‑NH₂)、Pd金属前驱体和Ag金属前驱体混合形成均一水溶液，反应生成PNIPAM‑NH₂‑M配合物，然后向反应体系中加入还原剂后，将混合溶液进行水热反应，反应完成后离心，沉淀物洗涤干燥，即得所述异质结PdAg纳米线。与传统的制备方法相比，本发明方法简单易行，并且具有普适性。将制得的异质结PdAg纳米线应用于催化甲酸氧化反应时，与商业化Pd黑催化剂相比，它们具有更好的催化活性、稳定性，以及更好的抗毒化能力。

技术领域

本发明涉及一种异质结PdAg纳米线的制备方法及其所得材料和应用，属于PdAg纳米线技术领域。

背景技术

随着现代社会的高速发展，能源日益成为制约社会发展的重要因素之一。燃料电池因其具有能量转换效率高、污染小、燃料多样化等优点，现已成为科研工作者研究的热门领域之一。直接甲酸燃料电池(DFAFCs)具有电池结构简单、低温快速启动、能量密度高、燃料储运方便等优点，非常适合用作手机、笔记本电脑等小型电器的电源。尽管国内外多家研究机构已经相继开发出各种DFAFCs的样机，但要真正实现商业化，还需要进一步提升燃料电池催化剂的性能，并且进一步降低生产成本。

目前，对甲酸氧化活性最高的单组分催化剂为Pt和Pd。通常认为甲酸在Pt表面的氧化遵循双路径机理进行，一是甲酸脱氢直接生成二氧化碳的直接途径，二是甲酸脱水先生成羰基物种CO_ads，羰基物种再氧化生成二氧化碳的间接途径。而在脱水途径中产生的CO_ads会牢牢地吸附在Pt原子的表面，占据催化活性位点，从而降低Pt的催化性能。相比于Pt，甲酸在Pd表面主要以直接脱氢途径进行氧化，减少了毒化物种的生成，对催化甲酸氧化反应具有更好的性能。然而在酸性电解质中，Pd极易溶解，稳定性较差，并且Pd还能催化甲酸的自分解，反应的选择性较差，同时甲酸的自分解可能会产生少量的CO_ads，从而毒化Pd催化剂。为了解决以上问题，需要研究出稳定性较好和催化甲酸自分解能力较低的Pd基催化剂。

发明内容

发明目的：针对上述技术问题，本发明的目的在于提出一种制备超细异质结PdAg纳米线的方法，以及制备得到的纳米线作为甲酸氧化反应(FAOR)的催化剂应用，展现出较高的催化活性和稳定性。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种异质结PdAg纳米线的制备方法，包括将氨封端的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM-NH2)、Pd金属前驱体和Ag金属前驱体混合形成均一水溶液，反应生成PNIPAM-NH₂-M配合物，然后向反应体系中加入还原剂后，将混合溶液进行水热反应，反应完成后离心，沉淀物洗涤干燥，即得所述异质结PdAg纳米线。

该方法以PNIPAM-NH₂作为形貌导向剂及稳定剂，PNIPAM-NH₂与金属离子形成的PNIPAM-NH₂-M配合物作为前驱体，可以于水热釜中进行水热反应。

所述PNIPAM-NH₂的摩尔浓度以单体计，与两种金属前驱体之和的摩尔比为(1～4):1，PNIPAM-NH₂的平均分子量优选为2500。

所述还原剂与两种金属前驱体之和的摩尔比为(150～600):1。

所述还原剂为甲醛，HCHO的浓度优选为40％。

所述Pd金属前驱体为K₂PdCl₄或PdCl₂；所述Ag金属前驱体为AgNO₃。

所述Pd金属前驱体和Ag金属前驱体的摩尔比为1:(0.3～3)。