[发明专利]一种纳米碳复合材料为载体的钯催化剂及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种纳米碳复合材料为载体的钯催化剂及其制备和应用，包括：磷杂石墨相氮化碳与氧化石墨烯GO和钯盐超声混合后，加入还原剂反应，即得；本发明通过将所制备的钯催化剂应用于燃料电池中甲醇氧化反应的催化活性测试，证明该催化剂具有优越的催化性能和稳定性。本发明中催化剂的制备过程简单，催化性能优良，具有在燃料电池中的潜在应用前景。

技术领域

本发明属于复合催化剂及其制备和应用领域，特别涉及一种纳米碳复合材料为载体的钯催化剂及其制备和应用。

背景技术

石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种典型的半导体纳米碳材料，具有良好的化学和热稳定性以及位于可见光区的能带隙，使其在光催化领域都得以广泛的应用。但其较小的比表面积和较低的导电性却制约了其在电催化中的应用。石墨烯是一种导电性能优异的纳米碳材料，在电催化领域中有着广泛的的应用，但其在催化剂制备过程中容易发生团聚使比表面积降低，从而影响其电催化性能。

介孔氮化碳载体材料曾被报道可以二氧化硅为模板制备，再负载钯催化剂后可用于合成甲酸的催化剂(CN106861737A)，显然合成多孔氮化碳还需要后续除模板的复杂过程。因此开发一种简单的制备多孔氮化碳的方法对提高该碳材料的比表面积具有重要意义。本发明通过通过三苯基膦掺杂一步法合成了多孔的磷杂石墨相氮化碳(P-C₃N₄)，并与导电性良好的石墨烯材料进一步复合作为载体材料，负载钯催化剂，成功应用于甲醇催化氧化反应，展现了在甲醇燃料电池中的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米碳复合材料为载体的钯催化剂及其制备和应用，克服了现有技术中制备多孔载体材料需要使用模板的缺陷。本发明开发了一种高比表面积的磷杂石墨相氮化碳(P-C₃N₄)，并与石墨烯复合后作为载体材料制备钯催化剂的方法，通过电化学循环伏安法测试表明，所制备的钯催化剂在甲醇氧化反应中具有优于未掺杂磷的复合载体材料以及单纯石墨烯材料负载钯催化剂的催化性能。

本发明的一种复合钯催化剂，所述催化剂以纳米碳复合材料为载体负载钯形成的催化剂；其中纳米碳复合材料为磷杂石墨相氮化碳P-C₃N₄与石墨烯复合材料或未掺杂磷的石墨相氮化碳g-C₃N₄与石墨烯复合材料。

本发明的一种复合钯催化剂的制备方法，包括：

将磷杂石墨相氮化碳P-C₃N₄或未掺杂磷的石墨相氮化碳g-C₃N₄与氧化石墨烯超声分散在水中，加入氯化钯，超声振荡20-30min，滴加还原剂溶液后，室温搅拌10-15h，离心、洗涤、烘干，即得复合钯催化剂。

上述制备方法的优选方式如下：

所述磷杂石墨相氮化碳P-C₃N₄具体为：将尿素和三苯基膦在溶剂中超声分散，减压蒸馏除去溶剂后在真空干燥、研磨、煅烧，即得到磷杂石墨相氮化碳P-C₃N₄。

所述溶剂为乙醇；尿素、三苯基膦、溶剂的比例为50-100mg:2-4mg:1-2ml。

进一步优选地，所述尿素、三苯基膦、溶剂的比例为50mg:2mg:1ml。

所述真空干燥为80℃真空干燥3-5h；煅烧为马弗炉中500℃煅烧1-2h。

所述未掺杂磷的石墨相氮化碳g-C₃N₄为直接煅烧尿素制备得到。

所述氧化石墨烯利用Hummers方法氧化石墨粉制备所得。