[发明专利]利用晶态合金制备纳米多孔催化剂方法、纳米多孔PdCuNi-S催化剂及用途

说明书

本发明公开了一种利用晶态合金制备纳米多孔催化剂方法，按照以下原子百分比含量制备Al‑Pd‑Cu‑Ni晶体合金：Al的含量为70‑90％，Cu的含量为1‑10％，Ni的含量为1‑10％，Pd的含量为1‑20％；将Al‑Pd‑Cu‑Ni晶体合金裁剪成厚度为10‑30μm，宽度为15‑20mm，长度为1‑3cm的条带；条带在无水乙醇中超声5min后，去离子水清洗，干燥后备用；将该条带先与摩尔浓度为0.5‑2M的氢氧化钾溶液一同置于密闭容器中在常温下反应10‑60h，将反应后的样品用去离子水反复冲洗得到PdCuNi中间体；再与摩尔浓度为11‑17M的硫酸水溶液一同置于密闭容器中进行反应，反应温度为70‑110℃，反应时间为12‑60h，反应结束后制得的样品冲洗、干燥后即为含有非晶相的纳米多孔PdCuNi‑S催化剂，含有尺寸为1‑10nm的非晶相，且具有电催化活性的复合纳米多孔结构。

技术领域

本发明涉及新型纳米材料制备领域，具体涉及一种利用晶态合金制备纳米多孔催化剂方法、纳米多孔PdCuNi-S催化剂及用途。

背景技术

近年来，氢能源因其高的换能效率及清洁无污染在新能源领域受到了越来越多的关注。然而，阳极催化剂的活性及成本问题一直制约着直接甲醇燃料电池的大规模应用。Pt及Pt基合金作为性能最优秀的电解水产氢催化剂，其价格及储量限制了Pt及Pt基催化剂的商业化应用。Pd与Pt有着非常相似的化学性质，但其在价格及储量方面均优于Pt。此外，Pd基催化剂也表现出更高的催化稳定性。

纯Pd催化剂虽然具有良好的本征电催化活性，但其催化活性位点较少，使得纯Pd催化剂整体催化活性不够高。通过对纯Pd进行硫化处理，其催化产氢活性位点从Pd原子转移到S原子，同时通过制备含有非晶相的纳米多孔PdCuNi-S催化剂，使得暴露在材料表面的S原子增加，从而大幅增加材料的催化活性位，进而提升材料的整体催化活性。此外，Cu、Ni原子的加入能够改善材料对氢的吸收及释放自由能，并以此提高材料的本征催化活性。因此，选择恰当的方法制备含有非晶相的PdCuNi-S催化剂能够最大限度的提升钯催化剂的催化活性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用晶态合金制备纳米多孔催化剂方法、纳米多孔PdCuNi-S催化剂及用途，成本低、制备过程简单而且实施费用低、操作简便，耗时短，是一种高效经济的合成方法，本发明制备得到的复合材料主要用于电解水产氢领域的阴极催化剂。

为了解决上述背景技术中的技术问题，本发明提出的技术方案是：利用晶态合金制备纳米多孔催化剂方法，包括以下步骤：

步骤1)按照以下组分及原子百分比含量进行配料：Al的含量为70-90％，Cu的含量为1-10％，Ni的含量为1-10％，Pd的含量为1-20％；

步骤2)将上述步骤1)中配料进行电弧熔炼，形成母合金，用液态金属急冷甩带技术将所述母合金制备成Al-Pd-Cu-Ni晶态金条带；

步骤3)将上述步骤2)中制得的Al-Pd-Cu-Ni晶态合金条带裁剪成厚度为10-50μm，宽度为2-20mm，长度为1-3cm的Al-Pd-Cu-Ni晶态合金规格条带；将剪裁后的Al-Pd-Cu-Ni晶态合金规格条带依次在无水乙醇、去离子水中清洗并于空气中干燥备用，得到干燥后的Al-Pd-Cu-Ni晶态合金规格条带；

步骤4)将上述步骤3)中干燥后的Al-Pd-Cu-Ni晶态合金规格条带与摩尔浓度为0.5-2M的氢氧化钾溶液一同置于密闭容器中，在常温下反应10-60h，然后用去离子水反复冲洗得到PdCuNi中间体；

步骤5)将上述步骤4)中得到的PdCuNi中间体与摩尔浓度为11-17M的硫酸水溶液一同置于密闭容器中进行反应，反应温度为70-110℃，反应时间为12-60h，然后用去离子水冲洗，并在空气中干燥即得到纳米多孔PdCuNi-S材料。

本发明所述步骤4)中PdCuNi中间体中含有尺寸为1-10nm的非晶相。