一种Pd-Ni氧还原催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种Pd

【技术实现步骤摘要】
一种Pd
‑
Ni氧还原催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于燃料电池电催化剂
，涉及一种Pd基合金催化剂及其制备方法，尤其涉及一种Pd
‑
Ni氧还原催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]由于石化能源的污染加剧和枯竭，清洁能源日益成为人们硏究的热点。燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，具有无污染、能量转化率高等优点，其中质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种可再生能源转换装置，为便携式电子设备和车辆提供动力具有巨大潜力。阴极氧还原反应(ORR)电催化剂的发展是燃料电池应用的重要一步，Pt/C催化剂是目前主要的燃料电池用催化剂。
[0003]CN103372429B公开了一种燃料电池用Pt/C催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将炭黑载体热处理2～6h；将六水合氯铂酸和热处理后的炭黑载体在乙二醇溶液中混合，得到混合液，然后用氢氧化钠溶液将混合液的pH调节至11～13，所述混合液中六水合氯铂酸的浓度为4～8mg/mL，将得到的混合液于微波炉中加热反应2
‑
15min，冷却，再经分离、洗涤、干燥得到燃料电池用Pt/C催化剂。所述方法制备的催化剂铂粒子大小均匀，在炭黑载体上分布均匀。
[0004]CN106532075A公开了一种高Pt载量的燃料电池用Pt/G催化剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：将炭黑经过HNO3或H2O2预处理，与还原剂、超纯水混合，得到混合溶液；然后将氯铂酸水溶液与氢氧化钠溶液混合搅匀后加入上述混合溶液中，经过超声后形成反应液，将反应液置于微波炉中，放入温度探头，进行磁力搅拌，经过微波反应后，继续磁力搅拌并冷却至室温；最后对还原产物进行过滤和清洗，将滤饼真空烘干、研磨，得到所述催化剂。制备的催化剂颗粒均匀，分散性能好，催化效果较高。
[0005]然而，ORR的动力学缓慢，过电位高，且Pt/C电池价格昂贵，这些极大地阻碍了燃料电池的商业应用。因此，亟需开发一种新的催化剂以替代Pt类催化剂。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种Pd
‑
Ni氧还原催化剂及其制备方法与应用，所述制备方法通过表面活性剂
‑
十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)达到调控催化剂形貌的作用，适量CTAC的加入，改变了催化剂的形貌和尺寸，提高了催化剂的利用率，暴露了更多的活性位点，进而提升了催化剂的性能；且无需高压高温条件，仅在常压下就能得到性能优异的催化剂。
[0007]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种Pd
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Ni氧还原催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0009](1)将Ni前驱体、Pd前驱体、十六烷基三甲基氯化铵、溶剂和还原剂按比例混合搅拌，然后在常压中进行加热反应，得到混合溶液；
[0010](2)将步骤(1)所述混合溶液经洗涤离心后，得到的固体与载体、溶剂混合，经超声搅拌、离心烘干后，得到所述催化剂；
[0011]所述Ni前驱体与Pd前驱体的质量比为(1.1
‑
1.2)：(1.5
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1.6)，例如可以是1.1:1.5、1.1:1.55、1.1:1.6、1.15:1.5、1.15:1.55、1.15:1.6、1.2:1.5、1.2:1.55或1.2:1.6等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0012]本专利技术采用溶剂热法，将Ni前驱体与Pd前驱体、十六烷基三甲基氯化铵、溶剂和还原剂混合搅拌后，在常压中进行加热反应，得到初步样品后加入载体、溶剂混合搅拌，离心烘干后得到所述催化剂；本专利技术无需高压高温条件，仅在常压下就能得到性能优异的催化剂。
[0013]本专利技术中，利用Pd和Pt同一主族相似的电子结构和化学性质，开发了可代替部分Pt的Pd基催化剂；利用表面活性剂CTAC的结构导向和选择性封端作用，既能诱导Pd
‑
Ni纳米结构形成球形，又能抑制了Pd和Ni原子的生长，改变了催化剂的形貌和尺寸，表面暴露了更多的活性位点，制备的催化剂为椭球结构，促使氧中间体释放速率加快，进而提升了催化剂的性能。
[0014]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)中所述Ni前驱体为乙酰丙酮镍。
[0015]优选地，步骤(1)中所述Pd前驱体为乙酰丙酮钯。
[0016]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)中所述十六烷基三甲基氯化铵与Ni前驱体为(36.1
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38.1)：(1
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1.5)，例如可以是36.1:1、36.1:1.3、36.1:1.5、37.1:1、37.1:1.3、37.1:1.5、38.1:1.1、38.1:1.3或38.1:1.5等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0017]优选地，步骤(1)中所述溶剂为油胺。
[0018]优选地，步骤(1)中所述溶剂与Ni前驱体的体积质量比为(11.1
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12.1)：(1.1
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1.5)mL/mg，例如可以是11.1:1.1mL/mg、11.1:1.3mL/mg、11.1:1.5mL/mg、11.5:1.1mL/mg、11.5:1.3mL/mg、11.5:1.5mL/mg、12.1:1.1mL/mg、12.1:1.3mL/mg或12.1:1.5mL/mg等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0019]优选地，步骤(1)中所述还原剂为甲醛。
[0020]优选地，步骤(1)中所述还原剂与Ni前驱体的体积质量比为(0.05
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1.5)：(1
‑
1.5)mL/mg，例如可以是0.05:1mL/mg、0.05:11.3mL/mg、0.05:1.5mL/mg、0.5:1mL/mg、0.5:1.3mL/mg、0.5:1.5mL/mg、1:1mL/mg、1:1.3mL/mg、1:1.5mL/mg、1.5:1mL/mg、1.5:1.3mL/mg或1.5:1.5mL/mg等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述搅拌的时间为2
‑
4h，例如可以是2h、2.2h、2.4h、2.6h、2.8h、3h、3.2h、3.4h、3.6h、3.8h或4h等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，步骤(1)所述常压为100
‑
101kPa，例如可以是100kPa、100.1kPa、100.2kPa、100.3kPa、100.4kPa、100.5kPa、100.6kPa、100.7kPa、100.8kPa、100.9kPa或101kPa等，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Pd
‑
Ni氧还原催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将Ni前驱体、Pd前驱体、十六烷基三甲基氯化铵、溶剂和还原剂按比例混合搅拌，然后在常压中进行加热反应，得到混合溶液；(2)将步骤(1)所述混合溶液经洗涤离心后，得到的固体与载体、溶剂混合，经超声搅拌、离心烘干后，得到所述催化剂；所述Ni前驱体与Pd前驱体的质量比为(1.1
‑
1.2)：(1.5
‑
1.6)。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述Ni前驱体为乙酰丙酮镍；优选地，步骤(1)中所述Pd前驱体为乙酰丙酮钯。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述十六烷基三甲基氯化铵与Ni前驱体的质量比为(36.1
‑
38.1)：(1
‑
1.5)；优选地，步骤(1)中所述溶剂为油胺；优选地，步骤(1)所述溶剂与Ni前驱体的体积质量比为(11.1
‑
12.1)：(1.1
‑
1.5)mL/mg；优选地，步骤(1)中所述还原剂为甲醛；优选地，步骤(1)所述还原剂与Ni前驱体的体积质量比为(0.05
‑
1.5)：(1
‑
1.5)mL/mg。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌的时间为2
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4h；优选地，步骤(1)所述常压为100
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101kPa；优选地，步骤(1)所述加热反应的温度为150
‑
160℃；优选地，步骤(1)所述加热反应的保温时间为11
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12h。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述洗涤的洗涤剂为乙醇和环乙烷的混合溶液；优选地，所述乙醇和环乙烷的体积比为(2
‑
4)：1；优选地，所述乙醇和步骤(1)所述混合溶液的体积比为(5
‑
5.1)：(1
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1.1)；优选地，步骤(2)所述离心的速率为8500
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9000rpm。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述载体为炭黑；优选地，步骤(2)所述固体与载体的质量比为(1.1

【专利技术属性】
技术研发人员：牛莉，贾志军，王毅，孟凯，刘鲁静，齐涛，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：