CN103894189A - 钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法 - Google Patents

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李长明
张连营
赵志亮
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Abstract

本发明公开了一种钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：1）将石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和氯钯酸铵溶解到水中，配制成混合溶液；2）将步骤1）配制的混合溶液超声分散均匀后，添加甲酸，继续超声混合均匀；3）将步骤2）超声混合均匀后的溶液进行水热反应；4）将步骤3）水热反应的产物清洗后干燥，即为钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂。本发明制备的钯/石墨烯催化剂与商业化钯/碳催化剂相比，具有更优良的甲酸氧化催化性能和长期稳定性能，可替代商业化钯/碳催化剂应用于直接甲酸燃料电池以及其他能源转换领域，具备较高的实用价值；并且本发明的原材料来源广泛、制备方法简单、适合大规模生产。

Description

钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法
技术领域
 本发明涉及一种甲酸氧化催化剂的制备方法，具体涉及一种钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法。
背景技术
燃料电池是把化学能直接转化为电能的高效洁净发电装置，对于解决当今世界面临的“能源短缺”和“环境污染”这两大难题具有重要的意义，被认为是21世纪最为重要的能源动力之一。直接甲酸燃料电池以其电化学高催化活性、低渗透率、无毒、不易燃烧、存储和运输方便、安全等优点备受关注，成为当前研究的热点课题。
在直接甲酸燃料电池等领域，甲酸的氧化反应是最重要的电催化反应之一。目前，贵金属催化剂仍然是甲酸氧化反应的传统催化剂，同时也是应用最广泛的催化剂，特别是商业化的钯/碳催化剂，但是该催化剂仍然需要优化以进一步提高其催化甲酸的性能。商业化的钯/碳催化剂由于其钯金属晶体粒径较大、碳载体比表面较小等导致其催化甲酸的性能不够理想且稳定性较低。
因此，研究一种性能优良、稳定性高、原料来源广泛、制备方法简单并适合大规模生产的甲酸氧化催化剂，成为影响直接甲酸燃料电池等能源转换装置商业化发展的重要因素。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，制备的催化剂具有优良的甲酸氧化催化性能和长期稳定性，并且原材料来源广泛、制备方法简单、适合大规模生产。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和氯钯酸铵溶解到水中，配制成混合溶液；
2）将步骤1）配制的混合溶液超声分散均匀后，添加甲酸，继续超声混合均匀；
3）将步骤2）超声混合均匀后的溶液进行水热反应；
4）将步骤3）水热反应的产物清洗后干燥，即为钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂。
进一步，所述步骤1）中，按照钯与石墨烯的质量比为1：1~5的比例称取石墨烯。
进一步，所述步骤1）中，按照钯与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：5~20的比例称取聚乙烯吡咯烷酮。
进一步，所述步骤2）中，按照钯与甲酸为1mg：0.1~1 ml的比例添加甲酸。
进一步，所述步骤3）中，水热反应温度为100~180℃，反应时间为6~24h。
本发明的有益效果在于：
本发明先将石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和氯钯酸铵配制成混合溶液，超声后使得反应物前驱体分散均匀，然后加入甲酸作为还原剂，继续超声使还原剂与反应物前驱体混合均匀，水热反应的产物为超小的钯金属晶体均匀分布在石墨烯表面上，其晶体粒径为2~15纳米左右。
石墨烯具有显著的导电性能、高的比表面积以及良好的稳定性能，本发明选用石墨烯作为催化剂的载体，同时在本发明的反应条件下钯金属晶体在石墨烯表面实现了超小粒径的均匀沉积，因此，本发明制备的钯/石墨烯催化剂与商业化钯/碳催化剂相比，具有更优良的甲酸氧化催化性能和长期稳定性能，可替代商业化钯/碳催化剂应用于直接甲酸燃料电池以及其他能源转换领域，具备较高的实用价值；并且本发明的原材料来源广泛、制备方法简单、适合大规模生产。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例1制备的钯/石墨烯催化剂的透射电镜图；
图2为实施例1制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H2SO4+0.5M HCOOH溶液中的循环伏安曲线比较图； 
图3为实施例1制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H2SO4+0.5M HCOOH溶液中的稳定性比较图；
图4为实施例2制备的钯/石墨烯催化剂的透射电镜图；
图5为实施例2制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H2SO4+0.5M HCOOH溶液中的循环伏安曲线比较图； 
图6为实施例2制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H2SO4+0.5M HCOOH溶液中的稳定性比较图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
本实施例的的钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将10.5mg石墨烯、50mg聚乙烯吡咯烷酮和12mg氯钯酸铵溶解到2ml水中，配制成混合溶液；
2）将步骤1）配制的混合溶液超声30分钟分散均匀后，添加3ml甲酸，继续超声5分钟混合均匀；
3）将步骤2）超声混合均匀后的溶液置于反应釜中120℃水热反应12h；
4）将步骤3）水热反应的产物清洗后60℃干燥6h，即为钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂。
图1为实施例1制备的钯/石墨烯催化剂的透射电镜图；从图中可以清晰的看出超小的钯金属晶体均匀分散在石墨烯表面上，平均粒径在4.2纳米左右。
图2为实施例1制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H2SO4+0.5M HCOOH溶液中的循环伏安曲线比较图；发现和商业化钯/碳催化剂相比，实施例1制备的钯/石墨烯催化剂表现出更高的甲酸氧化催化电流密度，说明实施例1制备的钯/石墨烯催化剂具有更优良的甲酸氧化催化性能。
图3为实施例1制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H2SO4+0.5M HCOOH溶液中的稳定性比较图；发现和商业化钯/碳催化剂相比，实施例1制备的钯/石墨烯催化剂表现出更高的甲酸氧化稳定性，说明实施例1制备的钯/石墨烯催化剂更适合长期的运行，具有更高的稳定性。
上述实验数据表明，实施例1制备的钯/石墨烯催化剂具有更优良的甲酸氧化催化性能和长期稳定性能，可替代商业化钯/碳催化剂应用于直接甲酸燃料电池以及其他能源转换领域。
实施例2
本实施例的的钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，包括以下步骤：
1）将18mg石墨烯、70mg聚乙烯吡咯烷酮和12mg氯钯酸铵溶解到3ml水中，配制成混合溶液；
2）将步骤1）配制的混合溶液超声40分钟分散均匀后，添加4ml甲酸，继续超声10分钟混合均匀；
3）将步骤2）超声混合均匀后的溶液置于反应釜中140℃水热反应8h；
4）将步骤3）水热反应的产物清洗后80℃干燥6h，即为钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂。
图4为实施例2制备的钯/石墨烯催化剂的透射电镜图；从图中可以清晰的看出超小的钯金属晶体均匀分散在石墨烯表面上，平均粒径在4.4纳米左右。
图5为实施例2制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H2SO4+0.5M HCOOH溶液中的循环伏安曲线比较图；发现和商业化钯/碳催化剂相比，实施例2制备的钯/石墨烯催化剂表现出更高的甲酸氧化催化电流密度，说明实施例2制备的钯/石墨烯催化剂具有更优良的甲酸氧化催化性能。
图6为实施例2制备的钯/石墨烯催化剂和商业化钯/碳催化剂在0.5M H2SO4+0.5M HCOOH溶液中的稳定性比较图；发现和商业化钯/碳催化剂相比，实施例2制备的钯/石墨烯催化剂表现出更高的甲酸氧化稳定性，说明实施例2制备的钯/石墨烯催化剂更适合长期的运行，具有更高的稳定性。
上述实验数据表明，实施例2制备的钯/石墨烯催化剂具有更优良的甲酸氧化催化性能和长期稳定性能，可替代商业化钯/碳催化剂应用于直接甲酸燃料电池以及其他能源转换领域。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮和氯钯酸铵溶解到水中，配制成混合溶液；
2）将步骤1）配制的混合溶液超声分散均匀后，添加甲酸，继续超声混合均匀；
3）将步骤2）超声混合均匀后的溶液进行水热反应；
4）将步骤3）水热反应的产物清洗后干燥，即为钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂。
2.根据权利要求1所述的钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，按照钯与石墨烯的质量比为1：1~5的比例称取石墨烯。
3.根据权利要求1所述的钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，按照钯与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1：5~20的比例称取聚乙烯吡咯烷酮。
4.根据权利要求1所述的钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，按照钯与甲酸为1mg：0.1~1 ml的比例添加甲酸。
5.根据权利要求1所述的钯/石墨烯高性能甲酸氧化催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，水热反应温度为100~180℃，反应时间为6~24h。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104069855B (zh) * 2014-08-05 2016-04-06 陕西师范大学 一种溶剂热制备单分散石墨烯负载纳米钯粒子的方法
CN107742733A (zh) * 2017-10-27 2018-02-27 新疆大学 一种煤基碳纤维负载钯催化剂的制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050136309A1 (en) * 2002-04-04 2005-06-23 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Palladium-based electrocatalysts and fuel cells employing such electrocatalysts
CN101740785A (zh) * 2009-12-14 2010-06-16 浙江大学 一种钯/石墨烯纳米电催化剂及其制备方法
CN102698772A (zh) * 2012-06-19 2012-10-03 北京化工大学 一种石墨烯负载Pt-PdFe电催化剂及其制备方法
CN103474674A (zh) * 2012-06-08 2013-12-25 南京理工大学 一种钯与石墨烯结构碳材料复合电极催化剂的复合方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050136309A1 (en) * 2002-04-04 2005-06-23 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Palladium-based electrocatalysts and fuel cells employing such electrocatalysts
CN101740785A (zh) * 2009-12-14 2010-06-16 浙江大学 一种钯/石墨烯纳米电催化剂及其制备方法
CN103474674A (zh) * 2012-06-08 2013-12-25 南京理工大学 一种钯与石墨烯结构碳材料复合电极催化剂的复合方法
CN102698772A (zh) * 2012-06-19 2012-10-03 北京化工大学 一种石墨烯负载Pt-PdFe电催化剂及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHAOJUN GUO等: "Three-Dimensional Pt-on-Pd Bimetallic Nanodendrites Supported on Graphene Nanosheet：Facile Synthesis and Used as an Advanced Nanoelectrocatalyst for Methanol Oxidation", 《ACS NANO》, vol. 4, no. 1, 15 December 2009 (2009-12-15) *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104069855B (zh) * 2014-08-05 2016-04-06 陕西师范大学 一种溶剂热制备单分散石墨烯负载纳米钯粒子的方法
CN107742733A (zh) * 2017-10-27 2018-02-27 新疆大学 一种煤基碳纤维负载钯催化剂的制备方法

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