[发明专利]一种用于直接醇类燃料电池的Pd氢化物催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于直接醇类燃料电池的Pd氢化物催化剂的制备方法。其是将Pd前驱体盐于去离子水中配成Pd盐水溶液，将碳载体于反应溶剂中分散并调节pH值至8‑13后，将所得Pd盐水溶液加入其中，并加入H₄N₂·H₂O进行搅拌反应，以最终制得负载于碳载体上的Pd氢化物催化剂。本发明以H₄N₂·H₂O同时作为还原剂和氢源，使氢原子进入Pd的晶格间隙中形成Pd氢化物，该反应在常温常压下即可进行，其制备过程安全简单，成本低廉，易于实现工业化大批量生产。

技术领域

本发明属于燃料电池领域，具体涉及一种用于直接醇类燃料电池的Pd氢化物催化剂的制备方法。

背景技术

质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell，PEMFC）因其产物清洁环保、能量转换率高、工作温度低、启动速度快和燃料来源充足等优势被认为是富有前景的清洁电源设备。直接醇类燃料电池因其燃料本身(如甲醇、乙醇等)的优良特性，受到研究者的广泛关注。然而，目前可用于直接醇类燃料电池的商业化Pd/C催化剂仍存在诸如催化活性较低、稳定性差及抗中毒能力差等问题。因此，有必要设计和开发具有良好反应动力学和高稳定性的钯基电催化剂，以期获得大规模工业化的可能。

研究表明，由于原子半径小，类金属和非金属元素(如B，P等)容易进入金属晶体的间隙位置，因而可对Pd原子的电子结构进行调节，增强Pd基催化剂的催化性能（电子效应）。此外，由于原子半径的不同，类金属和非金属元素进入晶格间隙将导致主体晶格参数改变（应变效应）。贵金属晶格间距的增加、金属与杂原子之间的电荷转移以及表面电子结构的改变将共同削弱反应中间体在反应活性中心上的吸附强度，从而提高催化剂的活性和稳定性。值得注意的是，氢作为半径最小的原子，很容易与Pd结合形成Pd氢化物合金。近年来，在电催化领域的许多研究中，钯与氢结合形成的PdH取得了优异的催化性能。遗憾的是，目前，PdH在直接醇类燃料电池中的研究还较少。

中国专利CN 202110653019.6公开了一种催化氧还原反应的花状氢化钯催化剂的制备方法，该方法以N,N-二甲基甲酰胺为H源，在高温油浴的条件下还原了催化剂。但该反应必须在高温条件下进行，不够简单安全，较难以实现大规模商业化。

中国专利CN 201910740434.8公开了一种氢化钯纳米片的制备方法，该方法需在高压密闭玻璃反应容器中，于油浴中210～230℃反应得到氢化钯纳米片，仍然存在不够安全，且反应复杂繁琐。

发明内容

为解决现有用于直接醇类燃料电池制备的商业化Pd/C催化剂存在的不足，本发明旨在提供一种在常温常压下即可进行、成本低廉且操作简单安全的用于直接醇类燃料电池的碳载Pd氢化物催化剂的合成方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于直接醇类燃料电池的Pd氢化物催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

a）将一定量Pd前驱体盐在搅拌和超声条件下加热至0-80℃，使其溶于去离子水中，配成Pd盐水溶液待用；

b）将一定量碳载体加入反应溶剂中，超声、搅拌至完全分散，得载体溶液；

c）向步骤b）所得载体溶液中加入碱性物质以调节其pH值为8-13；

d）将步骤a）配制的Pd盐水溶液添加入到步骤c）得到的溶液中，添加H₄N₂·H₂O并搅拌1-18小时；

e） 将步骤d）所得反应液抽滤并烘干，得到负载于碳载体上的Pd氢化物催化剂。