边缘选择性刻蚀钯金属烯的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于催化剂技术领域，具体涉及边缘选择性刻蚀钯金属烯的制备方法及其应用

【技术实现步骤摘要】
边缘选择性刻蚀钯金属烯的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于催化剂
，具体涉及边缘选择性刻蚀钯金属烯的制备方法及其应用
。

技术介绍

[0002]金属烯是一类具有原子级厚度和类石墨烯结构的亚稳态二维金属材料，由于其超高的表面积和由此产生的大量不饱和金属原子，在能源催化领域引起研究人员的广泛关注
。2019
年，北京大学郭少军等在
Nature
上发表了研究论文“PdMo bimetallene for oxygen reduction catalysis”，首次报道了
PdMo
双金属烯
。
郭少军等以高度配位的金属前驱体作为反应物，在弱还原环境下，经低温长时间液相反应得到高度卷曲的二维
PdMo
双金属烯，并实现了在金属空气电池中的重要应用
(Nature,2019,DOI:10.1038/s41586
‑
019
‑
1603
‑
7)。
钯金属烯的表面结构优化，将进一步拓展其应用范围
。
[0003]电催化反应属于界面反应，因此催化剂的表面物理化学性质对于优化催化性能尤为重要
。
其中，提高催化剂的电化学活性比表面积，有助于促进反应物的吸附，并展现出更多的活性位点以促进催化反应的有效进行和电极过程动力学的提高
。
对于钯金属烯来讲，当前大部分提高其电化学活性比表面积的策略是采用等离子刻蚀等在其表面刻蚀孔结构，这种无差别的刻蚀容易造成钯金属烯整体结构的坍塌和堆积
。
此外，研究表明，钯金属烯边缘位点具有更高比例的不饱和位点，从而在很多情况下具有比平面位点更高的催化活性
。
保持钯金属烯表面结构，提高边缘位点的比例，是提高其电化学活性比表面积，展现更多催化活性位点，实现电催化性能提升的重要方案，而保持钯金属烯表面结构并提高边缘位点比例的研究还未见报道
。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，提供了边缘选择性刻蚀钯金属烯的制备方法，制备的钯金属烯催化剂具有较高的电化学活性比表面积和甲酸氧化催化活性，并且所述方法工艺简单，重复性高，适合大规模制备，本专利技术同时提供了所述边缘选择性刻蚀钯金属烯的电催化应用
。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]本专利技术所述的边缘选择性刻蚀钯金属烯的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)
将钯前驱体溶解在甲醇中，通入一氧化碳气体，反应生成钯金属烯，离心后洗涤得到钯金属烯；
[0008](2)
将钯金属烯分散在乙酸溶液中；
[0009](3)
将步骤
(2)
得到的混合溶液密封加热后进行保温；
[0010](4)
将步骤
(3)
得到的产物经离心，洗涤，干燥，即可得到所述边缘选择性刻蚀钯金属烯
。
[0011]步骤
(1)
中，钯前驱体包括氯钯酸铵
、
氯钯酸钠或氯钯酸钾，钯前驱体中钯与甲醇
的质量体积比为
0.05
～
50
：
1(mg/mL)
，钯前驱体在甲醇中可溶性较高，优选在
20
～
80℃
温度下采用超声混匀，适当升高温度可进一步提高溶解效率，同时采用超声混匀可避免杂质引入对反应的影响；
[0012]通入一氧化碳气体后，可快速反应生成钯金属烯，优选通入一氧化碳气体的时间为5～
30
分钟
。
[0013]步骤
(2)
中，乙酸溶液的浓度为
0.1
～
1.0mol/L
，钯金属烯与乙酸溶液的质量体积比为
0.1
～
50
：
1(mg/mL)。
[0014]步骤
(3)
中，将混合溶液加热到一定温度后在该温度下保持一定时间，加热温度为
80℃
～
110℃
，保温时间为
2.0h
～
10h。
[0015]步骤
(4)
中，干燥温度为
40℃
～
100℃
，时间为
10
～
20h。
[0016]洗涤使用的洗涤液为乙醇或水，可洗涤若干次，需要注意的是，最后一次洗涤液应为水
。
[0017]本专利技术所述的边缘选择性刻蚀钯金属烯可直接作为甲酸燃料电池阳极催化剂，也可作为催化剂应用于生物传感
、
工业催化以及金属空气电池等能源存储
/
转换领域
。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0019]本专利技术所述方法能在保持钯金属烯表面结构的同时实现其边缘选择性刻蚀，制备的边缘选择性刻蚀钯金属烯与未刻蚀钯金属烯相比，具有更大的电化学活性比表面积和更高的甲酸氧化催化活性，在作为直接甲酸燃料电池阳极催化剂及其它能源存储
/
转换领域，具备较高的实用价值；并且本专利技术方法操作简便，重复性高，可以拓展制备其它边缘选择性刻蚀纳米结构二维材料并具有广泛应用范围和前景
。
附图说明
[0020]图1为实施例1制备的边缘选择性刻蚀钯金属烯催化剂的透射电镜图；
[0021]图2为实施例1制备的边缘选择性刻蚀钯金属烯催化剂和未刻蚀钯金属烯
、
商业化钯
/
碳催化剂在
0.5M H2SO4溶液中的循环伏安曲线比较图；
[0022]图3为实施例1制备的边缘选择性刻蚀钯金属烯催化剂和未刻蚀钯金属烯
、
商业化钯
/
碳催化剂在
0.5M H2SO4+0.5M HCOOH
溶液中的催化活性比较图；
[0023]图4为实施例2制备的边缘选择性刻蚀钯金属烯催化剂的透射电镜图；
[0024]图5为实施例2制备的边缘选择性刻蚀钯金属烯催化剂和未刻蚀钯金属烯
、
商业化钯
/
碳催化剂在
0.5M H2SO4溶液中的循环伏安曲线比较图；
[0025]图6为实施例2制备的边缘选择性刻蚀钯金属烯催化剂和未刻蚀钯金属烯
、
商业化钯
/
碳催化剂在
0.5M H2SO4+0.5M HCOOH
溶液中的催化活性比较图；
[0026]图7为对比例1制备的边缘选择性刻蚀钯金属烯
‑1催化剂的透射电镜图；
[0027]图8为对比例1制备的边缘选择性刻蚀钯金属烯
‑1催化剂和未刻蚀钯金属烯
、
商业化钯
/
碳催化剂在
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种边缘选择性刻蚀钯金属烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)
将钯前驱体溶解在甲醇中，通入一氧化碳气体，反应生成钯金属烯，离心后洗涤得到钯金属烯；
(2)
将钯金属烯分散在乙酸溶液中；
(3)
将步骤
(2)
得到的混合溶液密封加热后进行保温；
(4)
将步骤
(3)
得到的产物经离心，洗涤，干燥，即可得到所述边缘选择性刻蚀钯金属烯
。2.
根据权利要求1所述边缘选择性刻蚀钯金属烯的制备方法，其特征在于，钯前驱体包括氯钯酸铵
、
氯钯酸钠或氯钯酸钾
。3.
根据权利要求2所述边缘选择性刻蚀钯金属烯的制备方法，其特征在于，钯前驱体中钯与甲醇的质量体积比为
0.05
～
50
：
1(mg/mL)。4.
根据权利要求1所述边缘选择性刻蚀钯金属烯的制备方法，其特征在于，乙酸溶液的浓度为
0.1
～
1.0mol/L。5.
根据权利要求4所述边缘选...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连营，刘泽，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：