一种双功能电化学催化剂制造技术

本申请属于新能源材料技术领域，具体涉及一种双功能电化学催化剂。本发明专利技术提供的双功能电化学催化剂其制备方法为：将钯盐、还原剂和分散的β‑Mo2C混合，然后在70～200℃下加热反应20～28h，即得；其中，分散的β‑Mo2C为β‑Mo2C分散在水溶液或有机溶剂中的混悬液，还原剂为能将Pd2+还原成Pd单质的有机物；有机物为维生素C或有机溶剂。本发明专利技术采用β‑Mo2C纳米管材料和钯盐进行原位还原，合成了同时具有电催化氧还原和电催化析氢两种功能的β‑Mo2C‑Pd复合电化学催化剂，结构新颖，形态单一，分散性良好，具有很强的层次结构，活性位点多；而且，其制备工艺简单优化，降低生产成本，可广泛应用于工业化生产。

A dual function electrochemical catalyst

The application belongs to the technical field of new energy materials, in particular to a bifunctional electrochemical catalyst. The preparation method of the bifunctional electrochemical catalyst provided by the invention is that the palladium salt, reducing agent and dispersed beta Mo2C are mixed, and then heated at 70~200 C for 20 to 28h, that is, the dispersed beta Mo2C is a suspension of beta Mo2C dispersed in the aqueous solution or organic solvent, and the reductant can reduce Pd2+ into Pd single. Organic matter; organic matter is vitamin C or organic solvent. The present invention uses Mo2C nanotube materials and palladium salt in situ reduction, and syntheses the two functions of electro catalytic oxygen reduction and electrocatalytic hydrogen evolution (Mo2C) Pd composite electrochemical catalyst, which has novel structure, single shape, good dispersibility, strong hierarchical structure and many active sites, and its preparation work The technology is simple and optimized, and the production cost can be reduced. It can be widely applied to industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种双功能电化学催化剂
本专利技术属于新能源材料
，具体涉及一种双功能电化学催化剂。
技术介绍
社会能源危机与环境问题是制约当今社会发展的主要问题之一，新型能源转化存储的方法及其设备是解决上述问题的有效途径之一。质子交换膜燃料电池是燃料电池中的一种，具有工作温度低、能量转换效率高、环境友好、比功率高、启动快、结构简单等优点，既可作为应用于日常生活中的笔记本电脑、手机、照相机和电动汽车的电源设备，也可应用于大型发电厂，受到了社会的广泛关注。质子交换膜燃料电池的两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，然而阴极氧的还原反应总是伴随着很高的过电位，高达几百毫伏，进而导致阴极反应速率低，这个问题是制约燃料电池商业化发展的主要瓶颈。在如今的能源供应当中，氢气是最有前途的清洁能源，具有环保、易存储和能量密度大等特点。然而，目前工业制氢所采用的方法通常不符合“绿色可持续发展”的能源发展战略。例如，虽然电催化析氢是一种绿色、高效制备氢气的方法之一，但是存在催化剂价格昂贵、催化活性低和稳定性差等问题，因而，如何设计一种性能优异、成本低廉的析氢催化剂是当前高速发展社会所面临的挑战之一。传统电催化析氢的催化剂大多是用贵金属Pt、Ir、Ru来制备，但是这三种贵金属价格昂贵且地球含量非常少，同时Pt、Ir、Ru基催化剂稳定性差导致其催化效率低，限制了电催化析氢技术的工业化应用。过渡金属碳化物、硫化物、磷化物、氮化物及碳材料虽然降低了成本，但是其性能和稳定性还是不能满足电催化析氢发展的需要。在传统的燃料电池阴极催化剂中应用最多的是铂(Pt)基材料，但因其昂贵的价格和极少的地球储备量，大大增加了燃料电池的制造成本，从而限制了Pt基材料的商业化应用。已有研究者将Pt与过渡金属M(Fe、Co、Ni、Mn、Cu)组成的合金纳米材料应用在燃料电池阴极催化剂上，虽然减少了Pt的用量且具有较高的催化活性，但催化性能衰减太快且制作方法复杂，仍然限制着其在燃料电池的商业化使用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的之一在于提供一种双功能电化学催化剂的制备方法，操作简便，价格低廉，由其得到的催化剂催化性能优异，稳定高效。本专利技术的具体技术方案如下：一种双功能电化学催化剂，其制备方法为：将钯盐、还原剂和分散的β-Mo2C混合，然后在70～200℃下加热反应20～28h，即得；所述分散的β-Mo2C为β-Mo2C分散在水溶液或有机溶剂中的混悬液，所述还原剂为能将Pd2+还原成Pd单质的有机物；所述有机物为维生素C或有机溶剂。优选的，所述β-Mo2C与Pd单质的质量比为1:(0.03～0.12)。优选的，所述还原剂为维生素C，所述分散的β-Mo2C为β-Mo2C分散在水溶液中的混悬液。更优选的，所述钯盐中的Pd2+与维生素C摩尔比为1:(3～10)。更优选的，所述加热反应的温度为70～90℃，优选为75～85℃，更优选为80℃。优选的，所述有机溶剂为醇，所述分散的β-Mo2C为β-Mo2C分散在醇或醇水溶液中的混悬液。更优选的，所述醇为乙二醇；所述加热反应的温度为140～190℃。优选的，在混合之后以及加热反应之前，还包括：密封超声；所述密封超声的时间为25～35min。优选的，所述双功能电化学催化剂为Pd纳米颗粒均匀布置于β-Mo2C表面的纳米管催化剂。与现有方法相比，本专利技术的双功能电化学催化剂具有以下优点：1)采用β-Mo2C纳米管材料和钯盐进行原位还原，合成了同时具有电催化氧还原和电催化析氢两种功能的β-Mo2C-Pd复合电化学催化剂，工艺简单优化；使用价格低廉、地球储备量大的Pd替代了传统的贵金属Pt，Mo资源丰富，大大降低了生产成本，可广泛应用于工业化生产；2)本专利技术的双功能电化学催化剂为Pd纳米颗粒均匀布置于β-Mo2C表面的纳米管催化剂，结构新颖，形态单一，分散性良好，具有很强的层次结构，活性位点多；同时，材料表面二维片状结构上Pd纳米颗粒分布均匀，电催化活性大大提高；3)本专利技术的双功能电化学催化剂融合了过渡金属、碳材料以及贵金属三者的优势，Pd的引入不但大大提升了β-Mo2C电催化析氢的性能，还让该过渡金属碳化物具有了优异的电催化氧还原性能，充分发挥了催化过程中的协同效应，使催化剂具备了电催化氧还原和析氢两种功能；4)本专利技术的双功能电化学催化剂在电催化氧还原和析氢反应中的起始电位、循环稳定性均比商业Pd/C好；在氧还原反应中其半波电位、还原峰位、极限电流密度、电子转移数、H2O2产率均优于商业Pd/C，大大提高了燃料电池阴极反应的催化活性，应用前景良好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1a～图1c为β-Mo2C-Pd-9％在不同放大倍数的透射电镜下的形貌照片；图2为β-Mo2C、β-Mo2C-Pd-3％、β-Mo2C-Pd-6％、β-Mo2C-Pd-9％和β-Mo2C-Pd-12％的X-射线衍射图谱；图3a为β-Mo2C-Pd-9％的X-射线光电子衍射图谱中Mo元素分峰分析图，图3b为β-Mo2C-Pd-9％的X-射线光电子衍射图谱中Pd元素分峰分析图；图4a～4b为β-Mo2C、β-Mo2C-Pd-3％、β-Mo2C-Pd-6％、β-Mo2C-Pd-9％、β-Mo2C-Pd-12％和商业Pd/C(20wt％)催化剂在O2饱和的0.1molL-1KOH溶液中的极化曲线图谱；图5a～5b为β-Mo2C-Pd-9％在旋转速度400rpm～2025rpm下的极化曲线及其对应的K-L曲线；图5c～5d为商业Pd/C在旋转速度400rpm～2025rpm下的极化曲线及其对应的K-L曲线；图6为β-Mo2C-Pd-9％催化氧还原反应时的电子转移数和中间产物H2O2的产率；图7为β-Mo2C-Pd-9％和商业Pd/C在0.1MKOH溶液中的塔菲尔曲线；图8为β-Mo2C-Pd-9％和商业Pd/C的电催化氧还原稳定性测试结果图；图9a～9b为β-Mo2C-Pd-9％和商业Pd/C在0.1mol/LKOH溶液中的稳定性ADT测试图；图10a～10b为β-Mo2C、β-Mo2C-Pd-3％、β-Mo2C-Pd-6％、β-Mo2C-Pd-9％、β-Mo2C-Pd-12％和商业Pd/C(20wt％)催化剂在H2SO4溶液中的极化曲线图谱；图11～12为β-Mo2C、β-Mo2C-Pd-3％、β-Mo2C-Pd-6％、β-Mo2C-Pd-9％、β-Mo2C-Pd-12％和商业Pd/C在0.5MH2SO4溶液中的塔菲尔曲线；图13为β-Mo2C-Pd-9％和商业Pd/C在0.5MH2SO4溶液中的稳定性i-t测试曲线对比图；图14a为商业Pd/C在0.5MH2SO4溶液中的稳定性ADT测试图；图14b为β-Mo2C-Pd-9％在0.5MH2SO4溶液中的稳定性ADT测试图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双功能电化学催化剂，其特征在于，其制备方法为：将钯盐、还原剂和分散的β‑Mo2C混合，然后在70～200℃下加热反应20～28h，即得；所述分散的β‑Mo2C为β‑Mo2C分散在水溶液或有机溶剂中的混悬液，所述还原剂为能将Pd2+还原成Pd单质的有机物；所述有机物为维生素C或有机溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种双功能电化学催化剂，其特征在于，其制备方法为：将钯盐、还原剂和分散的β-Mo2C混合，然后在70～200℃下加热反应20～28h，即得；所述分散的β-Mo2C为β-Mo2C分散在水溶液或有机溶剂中的混悬液，所述还原剂为能将Pd2+还原成Pd单质的有机物；所述有机物为维生素C或有机溶剂。2.根据权利要求1所述的双功能电化学催化剂，其特征在于，所述β-Mo2C与Pd单质的质量比为1:(0.03～0.12)。3.根据权利要求1所述的双功能电化学催化剂，其特征在于，所述还原剂为维生素C，所述分散的β-Mo2C为β-Mo2C分散在水溶液中的混悬液。4.根据权利要求3所述的双功能电化学催化剂，其特征在于，所述钯盐中的Pd2+与维生素C...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庭震，王长宏，唐正华，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44