一种燃料电池阳极Pd/CNTs纳米催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种燃料电池阳极Pd/CNTs纳米催化剂的制备方法。本发明专利技术通过以碳纳米管为载体，以钯盐为前驱体，加入油酸或油酸盐形成油酸盐包裹体，然后在保护气氛中以150~300℃温度热分解得到Pd/CNTs纳米催化剂。本发明专利技术中得到的Pd颗粒尺寸均匀，平均粒径小于3nm，在碳纳米管上可均匀分散，对乙醇及甲醇等醇类燃料具有较高的催化活性。与传统方法相比，本发明专利技术不生成污染物，无需添加还原剂，绿色环保，原料方便易得，达到产业化的要求。

Preparation method of fuel cell anode Pd/CNTs nano catalyst

The invention discloses a method for preparing a fuel cell anode Pd/CNTs nanometer catalyst. The present invention by using carbon nanotubes as carrier to palladium salt as precursor, adding acid or oleate forming oleic acid salt inclusions, and then in a protective atmosphere to 150~300 the temperature obtained by thermal decomposition of Pd/CNTs nano catalyst. The Pd particles obtained in the invention have uniform size and average particle size less than 3nm, can be dispersed uniformly on carbon nanotubes, and have higher catalytic activity for alcohols such as ethanol and methanol. Compared with the traditional method, the invention does not generate pollutants, does not need to add a reducing agent, is green and environment-friendly, is convenient and easy to obtain raw materials, and meets the requirements of industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池阳极Pd/CNTs纳米催化剂的制备方法
本专利技术涉及一种燃料电池阳极Pd/CNTs纳米催化剂的制备方法，属于催化和能源工业的材料制备

技术介绍
随着全球能源危机的加剧，新的能源引起社会的广泛关注。直接醇类燃料电池（DMFCs/DEFCs）是一种可以将燃料的化学能直接转换成电能的电化学反应装置，具有工作温度低、能量密度高以及环境友好等优点。在燃料电池方面，铂催化剂的催化效率较高，但是贵金属铂的资源十分贫乏，导致其价格昂贵，增加燃料电池的成本。因此，钯被认为是低铂乃至无铂催化剂的关键材料。另外，碳纳米管作为载体材料，因其具有较高的比表面积、优良导电性以及较好的抗腐蚀性，被广泛的应用于催化剂行业当中。然而，在制备过程中，碳纳米管的强疏水性容易导致催化剂活性颗粒在超声搅拌过程中团聚以及脱落。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术不足，提供一种CNTs表面负载粒径均匀、分散良好的Pd纳米颗粒制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下如下技术方案：一种燃料电池阳极Pd/CNTs纳米催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将碳纳米管在硝酸溶液中回流4小时，过滤洗涤干燥后，得到活化的碳纳米管；(2)将钯盐（二氯化钯、四氯钯酸钠和醋酸钯中的一种或者几种）与步骤（1）得到的活化后的碳纳米管超声溶解于有机溶剂中，然后搅拌1~4h，得到溶液A；钯盐与活化的碳纳米管的摩尔比为1:10~50；(3)将油酸或油酸盐（油酸钾、油酸钙和油酸钠中的一种或者几种）超声溶解于有机溶剂中，得到溶液B，所述油酸盐（或油酸）与钯盐的摩尔比为1:1~10:1；(4)将溶液B加入到溶液A当中，然后搅拌1~4h后，加入与钯盐摩尔比为1:1~50:1的去离子水，得到溶液C；(5)将溶液C搅拌1h~2h后，抽滤并用去离子水洗涤数遍后，放入干燥箱内干燥1~12h，得到固体D；(6)将固体D放入刚玉陶瓷舟内，转移到管式炉内，通入保护气体（保护气体为氩气、氢气和氮气中一种或者几种），然后在室温下以2℃/min的升温速率升到150~300℃，保温0.5~2h，冷却后得到产物Pd/CNTs，所述的Pd/CNTs催化剂的活性物质钯粒径小于3nm。本专利技术中，步骤（1）中所述的硝酸为稀硝酸或者浓硝酸。本专利技术中步骤（2）和步骤（3）所述的有机溶剂为乙醇或乙二醇。本专利技术的显著优点在于：本专利技术中得到的Pd纳米颗粒尺寸均匀，平均粒径低于3nm，在碳纳米管上可均匀分散，解决了碳纳米管在作为催化剂载体时，碳纳米管的强疏水性导致催化剂活性颗粒在超声搅拌过程中团聚以及脱落的问题，对乙醇及甲醇等醇类燃料具有较高的催化活性。与传统方法相比，本专利技术不生成污染物，无需添加还原剂，绿色环保，原料方便易得，达到产业化的要求。附图说明图1是制备的燃料电池催化剂Pd/CNTs的TEM图；图2是制备的燃料电池催化剂Pd/CNTs的HRTEM图。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不仅仅限于这些实施例。实施例1(1)将碳纳米管在浓硝酸溶液中回流4小时，过滤洗涤干燥后，得到活化的碳纳米管；(2)将醋酸钯与活化后的碳纳米管超声溶解在乙二醇中，然后搅拌1h，得到溶液A；钯盐与活化的碳纳米管的摩尔比为1:10；(3)将油酸与乙二醇超声溶解，得到溶液B，油酸与醋酸钯的摩尔比为1:1；(4)将溶液B加入到溶液A当中，然后搅拌1h后，加入与醋酸钯摩尔比为1:1的去离子水，得到溶液C；(5)将溶液C搅拌2h后，抽滤并用去离子水洗涤数遍后，放入干燥箱内干燥12h，得到固体D；(6)将固体D放入刚玉陶瓷舟内，转移到管式炉内，通入氩气保护气体，然后在室温下以2℃/min的升温速率升到300℃，保温2h，冷却至室温后，得到目标产物。图1和图2分别是产物的TEM和HRTEM图。由图可知，Pd纳米颗粒分散均匀，平均粒径2.8nm。实施例2(1)将碳纳米管在稀硝酸溶液中回流4小时，过滤洗涤干燥后，得到活化的碳纳米管；(2)将二氯化钯与活化后的碳纳米管超声溶解在乙醇中，然后搅拌3h，得到溶液A；钯盐与活化的碳纳米管的摩尔比为1:50；(3)将油酸钾与乙醇混合超声溶解，得到溶液B，油酸钾与二氯化钯的摩尔比为10:1；(4)将溶液B加入到溶液A当中，然后搅拌2h后，加入与二氯化钯摩尔比为50:1的去离子水，得到溶液C；(5)将溶液C搅拌1h后，抽滤并用去离子水洗涤数遍后，放入干燥箱内干燥1h，得到固体D；(6)将固体D放入刚玉陶瓷舟内，转移到管式炉内，通入氮气保护气体，然后在室温下以2℃/min的升温速率升到150℃，保温2h，冷却至室温后，得到目标产物。实施例3(1)将碳纳米管在浓硝酸溶液中回流4小时，过滤洗涤干燥后，得到活化的碳纳米管；(2)将钯盐（四氯钯酸钠和醋酸钯按质量比1:1混合）与步骤（1）得到的活化后的碳纳米管超声溶解于乙二醇中，然后搅拌2h，得到溶液A；钯盐与活化的碳纳米管的摩尔比为1:20；(3)将油酸盐（油酸钙和油酸钠按质量比1:1混合）超声溶解于乙二醇中，得到溶液B，所述油酸盐与钯盐的摩尔比为5:1；(4)将溶液B加入到溶液A当中，然后搅拌2h后，加入与所述钯盐摩尔比为25:1的去离子水，得到溶液C；(5)将溶液C搅拌1.5h后，抽滤并用去离子水洗涤数遍后，放入干燥箱内干燥6h，得到固体D；(6)将固体D放入刚玉陶瓷舟内，转移到管式炉内，通入氢气中，然后在室温下以2℃/min的升温速率升到200℃，保温2h，冷却后得到产物Pd/CNTs。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池阳极Pd/CNTs纳米催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（1）将碳纳米管在硝酸溶液中回流4小时，过滤洗涤干燥后，得到活化的碳纳米管；（2）将钯盐和步骤（1）得到的活化的碳纳米管超声溶解于有机溶剂中，然后搅拌1 ~ 4h，得到溶液A；（3）将油酸或油酸盐超声溶解于有机溶剂中，得到溶液B；（4）将溶液B加入到溶液A当中，然后搅拌1 ~ 4h， 加入与钯盐摩尔比为1:1~50:1的去离子水，得到溶液C；（5）将溶液C搅拌1h~2h后，抽滤并用去离子水洗涤数遍后，放入干燥箱内干燥1~12h，得到固体D；（6）将固体D转移到管式炉，在150 ~ 300℃的保护气体中保温0.5h~2h，冷却后得到Pd/CNTs纳米催化剂颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池阳极Pd/CNTs纳米催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（1）将碳纳米管在硝酸溶液中回流4小时，过滤洗涤干燥后，得到活化的碳纳米管；（2）将钯盐和步骤（1）得到的活化的碳纳米管超声溶解于有机溶剂中，然后搅拌1~4h，得到溶液A；（3）将油酸或油酸盐超声溶解于有机溶剂中，得到溶液B；（4）将溶液B加入到溶液A当中，然后搅拌1~4h，加入与钯盐摩尔比为1:1~50:1的去离子水，得到溶液C；（5）将溶液C搅拌1h~2h后，抽滤并用去离子水洗涤数遍后，放入干燥箱内干燥1~12h，得到固体D；（6）将固体D转移到管式炉，在150~300℃的保护气体中保温0.5h~2h，冷却后得到Pd/CNTs纳米催化剂颗粒。2.根据权利要求1所述的一种燃料电池阳极Pd/CNTs纳米催化剂的制备方法，其特征在于：所述的钯盐为二氯化钯、四氯钯酸钠和醋酸钯中的一种或者几种。3.根据权利1所述的一种燃料电池阳极Pd/CNTs纳米催化剂的制备方法，其特征在于：所述的油酸盐为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腾，张心愿，魏颖，李巍婷，温翠莲，唐电，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35