超细PdCu/C纳米线合金材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种超细PdCu/C纳米线合金材料及其制备方法和用途。所述制备方法包括：按所需比例称取碱金属元素的无机碱加入到有机溶剂中，混合搅拌直至所述无机碱完全溶解，形成第一溶液；将Pd源和Cu源按Pd与Cu的原子数量比1：1

【技术实现步骤摘要】
超细PdCu/C纳米线合金材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种超细PdCu/C纳米线合金材料及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]能源问题一直是全球关注的焦点，开发经济、高效且环保的清洁能源替代传统能源对可持续发展起重要的作用。其中高效清洁的电化学装置受到了广泛关注，而这些电化学装置(如碱性燃料电池和金属
‑
空气电池)发展的瓶颈之一是阴极上缓慢的氧还原反应(ORR)。因此，研究高活性、高稳定性的阴极催化剂至关重要。
[0003]目前，Pt基催化剂仍然是最具潜力的ORR催化剂，但由于其价格昂贵、含量稀少限制了燃料电池的大规模商业化。除了贵金属Pt之外，等人基于对电化学过程中反应中间体(E
OH
,E
O
)的电子结构的稳定性计算表明，Pd也具有与Pt相当的ORR电催化活性，且成本相对较低，是一种有望取代Pt的纳米材料。更重要的是，将Pd与非贵过渡金属Cu合金化可以进一步提高ORR活性，而且还可以降低Pd的用量，为设计高活性的ORR催化剂提供了重要思路。因此，研究PdCu合金材料作为高活性的ORR催化剂已经引起了人们的研究兴趣。
[0004]随着PdCu合金材料受到了广泛的研究，并且相继报道出了大量PdCu阴极ORR材料。值得注意的是，不同方法制备的PdCu合金表现出不同的电化学特性和结构特性，目前用作ORR催化剂的PdCu合金材料还是存在比表面积不高，形貌不均匀，导致催化效果不够理想的问题，甚至有的合成方法在制备过程中容易造成原料的浪费和污染。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种超细PdCu/C纳米线合金材料及其制备方法和用途，该材料具有高比表面、低堆积密度、多活性晶面的特点，具有良好的催化活性。纳米线之间相互接触并互相交叉排列形成网络结构，构成更多的电活性位点并为离子扩散提供开放的通道。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种超细PdCu/C纳米线合金材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0007]按所需比例称取碱金属元素的无机碱加入到有机溶剂中，混合搅拌直至所述无机碱完全溶解，形成第一溶液；
[0008]将Pd源和Cu源按Pd与Cu的原子数量比1：1
‑
1：3的比例混合，并加入到所述第一溶液中，搅拌20min
‑
45min后，将得到的混合溶液转入高压反应釜中，在150℃
‑
200℃下进行合金化反应6
‑
12小时；
[0009]冷却至室温后，通过离心分离得到反应所得的黑色产物，用去离子水和无水乙醇洗涤至中性后，再将所得的产物转移至真空干燥箱中，50℃
‑
80℃下干燥10
‑
16小时，得到超细PdCu合金纳米线的样品；
[0010]将所述PdCu合金纳米线的样品和碳材料加入无水乙醇中搅拌10
‑
16小时，离心处
理后置于真空干燥箱中，60℃
‑
100℃下干燥6
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12小时，再在惰性气氛下，300℃
‑
500℃焙烧2
‑
5小时，使得所述超细PdCu合金纳米线负载在所述碳材料上，得到所述超细PdCu/C纳米线合金材料。
[0011]优选的，所述碱金属元素的无机碱包括KOH或NaOH；
[0012]所述有机溶剂包括：乙二醇EG、乙醇、丙三醇、异丙醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺DMF、N,N
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二甲基乙酰胺DMAC、油酸酰胺Oam中的一种或几种的混和溶剂；
[0013]所述无机碱与所述有机溶剂形成的第一溶液的浓度为400mg/10mL
‑
600mg/10mL。
[0014]优选的，所述Pd源包括H2PdCl6、Pd(NO3)2·
2H2O、Na2PdCl4、H2PdCl6·
6H2O、Pd(acac)2、Pd(NH3)4Cl2或PdCl2中的一种或几种；
[0015]所述Cu源包括CuCl2、Cu(NO3)2、Cu(acac)2、CuSO4或Cu(CH3COO)2·
H2O中的一种或几种；
[0016]所述Pd源与Cu源的总和与第一溶液的质量比为1:5
‑
1:8。
[0017]优选的，所述Pd与Cu的原子数量比为1：1或1：2或1：3。
[0018]优选的，所述高压反应釜为聚四氟乙烯高压反应釜，反应过程中高压反应釜的压力为2MPa
‑
8MPa。
[0019]优选的，所述惰性气氛包括N2气氛或Ar气氛；
[0020]所述碳材料包括：多孔活性炭、炭黑、碳纳米管、富勒烯或石墨烯中的一种或几种；
[0021]所述PdCu合金纳米线的样品与所述碳材料的质量比为20:100
‑
30:100。
[0022]优选的，所述超细PdCu合金纳米线的直径为5nm
‑
25nm。
[0023]第二方面，本专利技术实施例提供了一种第一方面所述的超细PdCu/C纳米线合金材料的制备方法制备得到的超细PdCu/C纳米线合金材料。
[0024]优选的，所述超细PdCu/C纳米线合金材料中，合金纳米线呈交叉排列且具有多个交叉位点的网状结构。
[0025]第三方面，本专利技术实施例提供了一种上述第二方面所述的超细PdCu/C纳米线合金材料的用途，所述超细PdCu/C纳米线合金材料用于燃料电池阴极氧化还原催化剂。
[0026]本专利技术超细PdCu/C纳米线合金材料的制备方法简单易行，整个工艺过程在反应釜、干燥箱中进行，无需任何复杂设备，是一种简便高效、经济、环境友好且易于实施的制备方法。通过该方法形成的纳米线之间相互交叉排列并相互接触形成网络结构，构成更多的电活性位点并为离子扩散提供开放的通道。本专利技术提供的制备方法获得的超细PdCu/C纳米线合金材料具有高比表面、低堆积密度、多活性晶面、纳米线分布均匀、结构稳定的特点，具有良好的催化活性。
附图说明
[0027]下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。
[0028]图1是本专利技术实施例提供的超细PdCu/C纳米线合金材料的制备方法流程图；
[0029]图2是本专利技术实施例1
‑
3提供的不同Pd/Cu原子比的PdCu/C纳米线的X射线衍射(XRD)图谱；
[0030]图3a是本专利技术实施例1提供的Pd1Cu1/C的扫描电镜(SEM)图；
[0031]图3b是本专利技术实施例1提供的Pd1Cu1/C的透射电镜(TEM)图；
[0032]图4a是本专利技术实施例2提供的Pd1Cu2/C的SEM图；
[0033]图4b是本专利技术实施例3提供的Pd1Cu2/C的TEM图；
[0034]图5a是本专利技术实施例4提供的Pd1C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超细PdCu/C纳米线合金材料的制备方法，其特征在于，按所需比例称取碱金属元素的无机碱加入到有机溶剂中，混合搅拌直至所述无机碱完全溶解，形成第一溶液；将Pd源和Cu源按Pd与Cu的原子数量比1：1
‑
1：3的比例混合，并加入到所述第一溶液中，搅拌20min
‑
45min后，将得到的混合溶液转入高压反应釜中，在150℃
‑
200℃下进行合金化反应6
‑
12小时；冷却至室温后，通过离心分离得到反应所得的黑色产物，用去离子水和无水乙醇洗涤至中性后，再将所得的产物转移至真空干燥箱中，50℃
‑
80℃下干燥10
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16小时，得到超细PdCu合金纳米线的样品；将所述PdCu合金纳米线的样品和碳材料加入无水乙醇中搅拌10
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16小时，离心处理后置于真空干燥箱中，60℃
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100℃下干燥6
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12小时，再在惰性气氛下，300℃
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500℃焙烧2
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5小时，使得所述超细PdCu合金纳米线负载在所述碳材料上，得到所述超细PdCu/C纳米线合金材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属元素的无机碱包括KOH或NaOH；所述有机溶剂包括：乙二醇EG、乙醇、丙三醇、异丙醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺DMF、N,N
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二甲基乙酰胺DMAC、油酸酰胺Oam中的一种或几种的混和溶剂；所述无机碱与所述有机溶剂形成的第一溶液的浓度为400mg/10mL
‑
600mg/10mL。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴进芳，曾尚红，张爱爱，薛雷，刘洋，刘泽，
申请(专利权)人：内蒙古大学，
类型：发明
国别省市：