CN109675583A - 一种核壳结构复合催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种核壳结构复合催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109675583A CN109675583A CN201811615777.3A CN201811615777A CN109675583A CN 109675583 A CN109675583 A CN 109675583A CN 201811615777 A CN201811615777 A CN 201811615777A CN 109675583 A CN109675583 A CN 109675583A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- core
- shell structure
- rgo
- solution
- composite catalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 127
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 title claims abstract description 126
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 108
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 78
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 150000003624 transition metals Chemical group 0.000 claims abstract description 43
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 68
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 36
- 229910003244 Na2PdCl4 Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 26
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 26
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 16
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 15
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 14
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 11
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 8
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 6
- 241000209094 Oryza Species 0.000 claims description 5
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 5
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000366 copper(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims 1
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 21
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 9
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 abstract description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 44
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 8
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 7
- -1 transition metal salt Chemical class 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 2
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 2
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 2
- 238000007540 photo-reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 description 2
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Inorganic materials [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- 229920002565 Polyethylene Glycol 400 Polymers 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001595 flow curve Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
- B01J23/8913—Cobalt and noble metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
- B01J23/8906—Iron and noble metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
- B01J23/892—Nickel and noble metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/396—Distribution of the active metal ingredient
- B01J35/397—Egg shell like
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种核壳结构复合催化剂及其制备方法,所述核壳结构复合催化剂为Pd/TM‑rGO核壳结构复合催化剂,其中,rGO为还原氧化石墨烯,TM为过渡金属核壳结构纳米粒子,Pd为Pd纳米短链,所述TM结合在所述rGO上,记为TM‑rGO,所述Pd分散在TM‑rGO表面,记为Pd/TM‑rGO。本发明所述的核壳结构复合催化剂中掺杂有过渡金属核壳结构纳米粒子,能够提供更多的活性位点,从而有效地降低制备过程中的团聚现象,而且本发明Pd纳米短链均匀地分散在TM‑rGO表面,能够增大Pd纳米短链与甲醇分子的接触面积,进而有效提高催化性能。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池催化剂领域,尤其涉及一种核壳结构复合催化剂及其制备方法。
背景技术
燃料电池是把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的一种能量转换装置。由于燃料电池直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程,不受卡诺循环限制,因而具有能量转化效率高、无噪音和无污染等优点。
Pt和Pt基催化剂具有很高的电催化活性,但由于Pt价格昂贵且在催化过程中易受CO类中间体中毒,从而降低了Pt和Pt基催化剂的催化活性及稳定性。
氧化石墨烯(GO)由于具有好的电导率和大的比表面积等极好的性能,近几年来成为新能源领域的研究热点之一,其中也包括将其用于燃料电池催化剂的载体。然而, GO为载体的催化剂制备过程中,易发生团聚而导致催化剂的催化活性和稳定性下降。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种纳米复合催化剂及其制备方法,旨在解决现有燃料电池中所制备的催化剂存在催化活性低、稳定性差、成本高的问题。
一种核壳结构复合催化剂,其中,所述核壳结构复合催化剂为Pd/TM-rGO核壳结构复合催化剂,其中,rGO为还原氧化石墨烯,TM为过渡金属核壳结构纳米粒子,Pd为Pd纳米短链,所述TM结合在所述rGO上,记为TM-rGO,所述Pd分散在TM-rGO表面,记为Pd/TM-rGO。
所述的核壳结构复合催化剂,其中,所述过渡金属核壳结构纳米粒子的直径为30~50nm。
所述的核壳结构复合催化剂,其中,所述Pd纳米短链的直径为2~4nm,长度为5~15nm。
一种如上所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其中,包括以下步骤:
步骤A、将氧化石墨烯加入到超纯水中进行超声分散,得到氧化石墨烯悬浮液;
步骤B、向所述氧化石墨烯悬浮液中添加NaBH4溶液进行反应,得到还原氧化石墨烯的混合溶液;
步骤C、向所述还原氧化石墨烯的混合溶液中添加过渡金属盐溶液,转移到温度为210~250℃条件下进行恒温反应,在保护气体氛围、温度为700~850℃的条件下进行热处理,得到核壳结构复合材料;
步骤D、将聚乙二醇、丙酮和Na2PdCl4溶液混合均匀,然后在紫外光下照射得到Pd纳米短链;
步骤E、将所述核壳结构复合材料和所述Pd纳米短链混合均匀并超声处理,边搅拌边光照反应2~6h,冷冻干燥得到核壳结构复合催化剂。
所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其中,所述步骤A中,所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为3~6mg/mL。
所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其中,所述步骤B中,所述NaBH4溶液的浓度为0.05~0.2mol/L。
所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其中,所述步骤C中,所述恒温反应之后还包括:进行抽滤洗涤处理和干燥处理。
所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其中,所述步骤C中,所述过渡金属盐溶液为NiSO4溶液、Co(NO3)2溶液、FeCl2溶液、C4H6MnO4溶液或CuSO4溶液。
所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其中,所述步骤C中,过渡金属盐溶液的浓度为0.01~0.05 mol/L。
所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其中,所述步骤D中,所述聚乙二醇、丙酮和Na2PdCl4溶液的体积比为2~5:1~5:0.1~1,其中,所述Na2PdCl4溶液的浓度为1.05mg/mL。
有益效果:本发明所述核壳结构复合催化剂中在还原氧化石墨烯纳米片层中掺杂有过渡金属核壳结构纳米粒子,能够提供更多的活性位点,从而有效地降低制备过程中的团聚现象,也有利于采用光化学还原使Pd纳米短链均匀的分散在TM-rGO表面。本发明所述核壳结构复合催化剂中所述Pd纳米短链均匀的分散在TM-rGO表面,因此能够增大Pd纳米短链与甲醇分子的接触面积,进而有效的提高催化剂的催化性能。
附图说明
图1为实施例1制备的Co-rGO核壳结构复合材料的TEM图。
图2为实施例1制得的Pd/Co-rGO核壳结构复合催化剂的TEM图。
图3为对比例1制得的Pd/rGO纳米复合催化剂的TEM图。
图4为对比例2制得的Co-rGO纳米复合材料的TEM图。
图5为实施例1制得的Pd/Co-rGO核壳结构复合催化剂、对比例1制得的Pd/rGO纳米复合催化剂、对比例2制得的Pd/Co-rGO纳米复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学循环伏安曲线(C-V)对比图。
图6为实施例1制得的Pd/Co-rGO核壳结构复合催化剂、对比例1制得的Pd/rGO纳米复合催化剂、对比例2制得的Pd/Co-rGO纳米复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学计时电流曲线(i-t)对比图。
图7为实施例2制得的Ni-rGO核壳结构复合材料的TEM图。
图8为实施例2制得的Pd/Ni-rGO核壳结构复合催化剂的TEM图。
图9为实施例2制得的Pd/Ni-rGO核壳结构复合催化剂、对比例1制得的Pd/rGO纳米复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学循环伏安曲线(C-V)对比图。
图10为实施例2制得的Pd/Ni-rGO核壳结构复合催化剂、对比例1制得的Pd/rGO纳米复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学计时电流曲线(i-t)对比图。
图11为实施例3制得的Pd/Fe-rGO核壳结构复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学循环伏安曲线(C-V)对比图。
图12为实施例3制得的Pd/Fe-rGO核壳结构复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学计时电流曲线(i-t)对比图。
图13为实施例4制得的Pd/Mn-rGO核壳结构复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学循环伏安曲线(C-V)对比图。
图14为实施例4制得的 Pd/Mn-rGO核壳结构复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学计时电流曲线(i-t)对比图。
具体实施方式
本发明提供一种核壳结构复合催化剂及其制备方法,为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下对本发明进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供一种核壳结构复合催化剂,其中,所述核壳结构复合催化剂为Pd/TM-rGO核壳结构复合催化剂,其中,rGO为还原氧化石墨烯,TM为过渡金属核壳结构纳米粒子,Pd为Pd纳米短链,所述TM结合在所述rGO上,记为TM-rGO,所述Pd分散在TM-rGO表面,记为Pd/TM-rGO。具体地,所述过渡金属核壳结构纳米粒子为Ni、Co、Fe、Mn或Cu的核壳结构纳米粒子。
优选地,所述还原氧化石墨烯rGO具有纳米片层结构,所述过渡金属核壳结构纳米粒子分散在所述还原氧化石墨烯rGO的纳米片层上,其中所述过渡金属核壳结构纳米粒子的直径为30~50nm。
优选地,分散在TM-rGO纳米片层上的Pd纳米短链的直径为2~4nm,可提高催化剂的活性和稳定性。更优选地,所述Pd纳米短链的长度为5-15nm。
优选地,所述的核壳结构复合催化剂中,Pd纳米短链的质量占Pd/TM-rGO核壳结构复合催化剂总质量的10~15%。
本发明还提供一种如上所述核壳结构复合催化剂的制备方法,其中,包括以下步骤:
步骤A、将氧化石墨烯加入到超纯水中进行超声分散,得到氧化石墨烯悬浮液;
步骤B、向所述氧化石墨烯悬浮液中添加NaBH4溶液进行反应,得到还原氧化石墨烯的混合溶液;
步骤C、向所述还原氧化石墨烯的混合溶液中添加过渡金属盐溶液,转移到温度为210~250℃条件下进行恒温反应,在保护气体氛围、温度为700~850℃的条件下进行热处理,得到核壳结构复合材料;
步骤D、将聚乙二醇、丙酮和Na2PdCl4溶液混合均匀,然后在紫外光下照射得到Pd纳米短链;
步骤E、将所述核壳结构复合材料和所述Pd纳米短链混合均匀并超声处理,边搅拌边光照反应2~6h,冷冻干燥得到核壳结构复合催化剂。
本发明通过核壳结构过渡金属(TM)纳米粒子的掺杂来增强GO的电子效应,核壳结构过渡金属掺杂的GO,不仅可以诱导分散纳米粒子的锚定位点,而且显著增强与贵金属纳米粒子之间的电子效应。在掺杂了核壳结构过渡金属的GO表面负载Pd纳米短链的催化剂不仅可以增大与甲醇分子的接触面积,而且可以有效地降低其与含氧中间体的吸附能进而提高催化的活性和稳定性。
优选地,所述步骤A中,将氧化石墨烯加入到超纯水中进行超声分散0.5~4h,得到氧化石墨烯悬浮液。所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为3~6mg/mL,保证所述氧化石墨烯悬浮液的稳定性。
优选地,所述步骤B中,向所述氧化石墨烯悬浮液中加NaBH4溶液,再连续搅拌0.5~1h,得到氧化石墨烯的混合溶液。其中,所述NaBH4溶液的浓度为0.05~0.2mol/L,所述NaBH4溶液的体积为5~10mL。所述步骤B中的NaBH4溶液作为还原剂添加到所述氧化石墨烯悬浮液中。
优选地,所述步骤C中,向所述氧化石墨烯的混合溶液中添加过渡金属盐溶液,转移到温度为210~250℃、恒温反应5~10h,再在保护气体氛围下热处理3~4h得到TM-rGO核壳结构复合材料。所述恒温反应也就水热反应,在温度为210~250℃的条件下进行水热反应5~10h,从而获得复合物,在将所述复合物在保护气体氛围下进行热处理,得到核壳结构复合材料。
优选地,所述恒温反应之后还包括:进行抽滤洗涤处理和干燥处理,具体地是将所述复合物冷却至室温,用超纯水抽滤洗涤,然后进行干燥,除去复合物中含有的杂质。
优选地,保护气体为惰性气体,如Ar气。
优选地,所述步骤C中,所述过渡金属盐溶液为NiSO4溶液、Co(NO3)2溶液、FeCl2溶液,C4H6MnO4溶液或CuSO4溶液。所述过渡金属盐溶液在水热反应中,形成过渡金属核壳结构的颗粒附着在还原氧化石墨烯的片层结构上。优选地,过渡金属盐溶液的浓度为0.01~0.05mol/L,所述过渡金属盐溶液与氧化石墨烯悬浮液的体积比为1:(1~5),有利于避免在制备过程中的团聚问题。
优选地,所述步骤D中,将聚乙二醇、丙酮和Na2PdCl4溶液混合均匀,然后在312 nm紫外光下照射35~50min得到Pd纳米短链。其中,所述聚乙二醇、丙酮和Na2PdCl4溶液的体积比为2~5:1~5:0.1~1,其中,所述Na2PdCl4溶液的浓度为1.05mg/mL。所述聚乙二醇(PEG)作为保护剂,用紫外光照射还原能有效降低Pd纳米短链的团聚,进而使Pd纳米短链均匀分散在TM-rGO的表面。具体地,所述聚乙二醇为PEG-400。
本发明方法中负载Pd纳米短链时,聚乙二醇(PEG)作为保护剂,用紫外光照射还原能有效降低Pd纳米短链的团聚,使Pd纳米短链均匀分散在TM-rGO的表面。
优选地,所述步骤E中,将所述TM-rGO核壳结构复合材料和所述Pd纳米短链混合均匀并超声处理5~8min,边搅拌边光照反应2~6h,用超纯水抽滤洗涤,冷冻干燥得到Pd/TM-rGO核壳结构复合催化剂。优选地,所述紫外光的波长为312nm。
下面通过具体的对比例和实施例来对本发明的技术方案进行说明。
对比例1
制备氧化石墨烯GO,具体步骤为:
(1)将浓H2SO4、天然鳞状石墨粉及NaNO3混合均匀并持续搅拌4 h得到混合溶液A;其中浓H2SO4的体积mL、石墨粉的质量g、NaNO3的质量g的比为46:2:1;所述浓H2SO4为市售浓硫酸;
(2)将步骤(1)的混合溶液A置于冰水浴中,搅拌并加入KMnO4得到混合溶液B;其中石墨粉与KMnO4的质量比为1:3;
(3)将步骤(2)的混合溶液B置于温度为35℃条件下搅拌0.5h得到混合溶液C;将混合溶液C加入到温度为98℃的去离子水中,静置5min,加入温度为 55℃的去离子水进行稀释至液体体积为步骤(1)浓H2SO4体积的5倍得到混合溶液D;其中去离子水与步骤(1)浓硫酸的体积比为2:1;
(4)在步骤(3)的混合溶液D中加入H2O2除去剩余的H2SO4及KMnO4;再依次经稀HCl溶液洗涤、去离子水洗涤至中性,固液分离得到固体氧化石墨烯胶体,将氧化石墨烯胶体进行冷冻干燥处理得到氧化石墨烯GO,其中步骤(1)浓H2SO4与H2O2的体积比为3:1,稀HCl溶液的质量百分数浓度为5%。
制备Pd/rGO纳米复合催化剂,具体步骤如下:
(1)将制备得到的氧化石墨烯加入到超纯水中进行超声分散2h得到氧化石墨烯悬浮液;其中氧化石墨烯悬浮液的浓度为5 mg/mL;
(2)将步骤(1)的氧化石墨烯悬浮液中加入5mL 0.05mol/L的NaBH4溶液并搅拌0.5h,然后转移到温度为210℃、恒温反应6h, 待冷却至室温,用超纯水抽滤洗涤,把制得的复合物进行冷冻干燥处理,然后把干燥好的复合物在温度800℃、Ar气氛围下热处理3h得到rGO复合材料;
(3)将丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液混合均匀,然后在波长为312 nm的紫外光照射35min得到Pd纳米短链;其中丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液的体积比为3:2:0.6,用100 mL容量瓶定容,Na2PdCl4的溶液溶度为1.05 mg/mL;Pd纳米短链的平均直径为3.5 nm;
(4)将步骤(2)的rGO材料和步骤(3)的Pd纳米短链混合均匀并超声处理5min,在312 nm紫外灯下搅拌处理4h,过滤、洗涤,冷冻干燥即得Pd/rGO纳米复合催化剂,其中Pd纳米短链中Pd的质量占Pd和rGO材料总质量的15%。
对比例2
不加NaBH4还原剂,制备Pd/Co-rGO纳米复合催化剂,具体步骤如下:
(1)将对比例1所制备的氧化石墨烯加入到超纯水中进行超声分散3h得到氧化石墨烯悬浮液,其中氧化石墨烯悬浮液的浓度为5 mg/mL;
(2)将过渡金属钴盐溶液(Co(NO3)2溶液)和步骤(1)的氧化石墨烯悬浮液混合均匀,然后转移到温度为220℃、恒温反应7h, 待冷却至室温,用超纯水抽滤洗涤,把制得的复合物进行冷冻干燥处理,然后再置于温度为850℃、Ar气氛围下恒温处理3 h得到Co-rGO复合材料,其中过渡金属盐溶液(Co(NO3)2溶液)的浓度为0.02mol/L,过渡金属盐溶液(Co(NO3)2溶液)与氧化石墨烯悬浮液的体积比为1:4;
(3)将丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液混合均匀,然后在波长为312nm的紫外光下照射35min得到Pd纳米短链;其中丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液的体积比为3:2:0.6,Na2PdCl4的溶液溶度为1.05mg/mL;Pd纳米短链的平均直径为3.5 nm;
(4)将步骤(2)的Co-rGO复合材料和步骤(3)的Pd纳米短链超声处理5min混合均匀,再紫外照射搅拌4h,过滤、洗涤,冷冻干燥即得Pd/Co-rGO纳米复合催化剂,其中Pd纳米短链中Pd的质量占Pd和Co-rGO复合材料总质量的15%。
实施例1
制备Pd/Co-rGO核壳结构复合催化剂,具体步骤如下:
(1)将对比例1所制备的氧化石墨烯加入到超纯水进行超声分散4h得到氧化石墨烯悬浮液;其中氧化石墨烯悬浮液的浓度为5mg/mL;
(2)将步骤(1)的氧化石墨烯悬浮液往里加8mL 0.1mol/L的NaBH4搅拌1h, 再加过渡金属钴盐溶液(Co(NO3)2溶液)混合均匀,在温度为220℃、水热反应7h,冷却至室温,过滤、洗涤,冷冻干燥,然后再置于温度为850℃、Ar气氛围下恒温处理3h得到Co-rGO核壳结构复合材料;其中过渡金属盐溶液(Co(NO3)2溶液)的浓度为0.02mol/L,过渡金属盐溶液(Co(NO3)2溶液)与氧化石墨烯悬浮液的体积比为1:4;
(3)将丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液混合均匀,然后在波长为312nm的紫外光照射35min得到Pd纳米短链;其中丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液的体积比为3:2:0.6,Na2PdCl4的溶液溶度为1.05mg/mL;Pd纳米短链的平均直径为3.5 nm;
(4)将步骤(2)的Co-rGO核壳结构复合材料和步骤(3)的Pd纳米短链超声8min混合均匀,再用紫外光照射搅拌处理4h,过滤、洗涤,冷冻干燥即得纳米Pd/Co-rGO核壳结构复合催化剂,其中Pd纳米短链占Pd和Co-rGO核壳结构复合材料总质量的15%。
图1为本实施例制得的Co-rGO核壳结构复合材料的TEM图、图2为本实施例制得的Pd/Co-rGO核壳结构复合催化剂的TEM图、图3为对比例1未掺杂Co制得的Pd/rGO催化剂的TEM图、图4为对比例2未加NaBH4的Co-rGO纳米复合材料的TEM图。对比图1-4可知:从图1可以明显的看出Co核壳结构纳米粒子均匀的掺杂在石墨烯层的表面,无明显的团聚,且形成核壳结构;图2可以看出Co核壳结构纳米粒子和Pd纳米短链均匀分布在Co-rGO的表面,且短链的大小也很均匀,无明显的团聚;图3中可以看出Pd以小短链均匀的分布在石墨烯层的表面,无明显的团聚;图4可以明显的看出Co颗粒生成不均匀,而且颗粒非常的大。
从图2中本实施例制备得到的Pd/Co-rGO核壳结构复合催化剂、对比例1未掺杂Co制得的Pd/rGO纳米复合催化剂、对比例2未加NaBH4制得的Pd/Co-rGO纳米催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学循环伏安曲线(C-V)对比图可知:测试条件为在室温下,0.5 mol·L-1的KOH+2.0 mol·L-1的CH3OH溶液中以20 mV/s的扫描速率对商业Pd/C, Pd/rGO, Pd/Co-rGO和Pd/Co-rGO (无NaBH4) 各催化剂对甲醇氧化性能的比较,可以明显地看出Pd/Co-rGO核壳结构复合催化性能最好。
从图3中本实施例制备得到的Pd/Co-rGO核壳结构复合催化剂、对比例1未掺杂Co制得的Pd/rGO纳米复合催化剂、对比例2未加NaBH4制得的Pd/Co-rGO纳米催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学计时电流曲线(i-t)对比图可知:测试条件为在室温下,0.5 mol·L-1的KOH+2.0mol·L-1的CH3OH溶液中在-0.22 V电压下测的催化剂电化学稳定性,可以明显看出Pd/Co-rGO核壳结构复合催化剂的稳定性最好。
实施例2
制备Pd/Ni-rGO核壳结构复合催化剂,具体步骤如下:
(1)将对比例1所制备的氧化石墨烯加入到超纯水进行超声分散3h得到氧化石墨烯悬浮液;其中氧化石墨烯悬浮液的浓度为4mg/mL;
(2)将步骤(1)的氧化石墨烯悬浮液往里加7mL 0.15mol/L的NaBH4搅拌1h, 再往里加过渡金属镍盐溶液(NiSO4溶液),然后转移到温度为210℃、恒温反应5h,待冷却至室温,用超纯水抽滤洗涤,然后把干燥好的复合物在温度为800℃、Ar气氛围下恒温处理3h得到Ni-rGO核壳结构复合材料;其中过渡金属盐溶液(NiSO4溶液)的浓度为0.03mol/L,过渡金属盐溶液(NiSO4溶液)与氧化石墨烯悬浮液的体积比为1:5;
(3)将丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液混合均匀,然后在波长为312nm的紫外光照射45min得到Pd纳米短链;其中丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液的体积比为2:5:1,Na2PdCl4的溶液溶度为1.05mg/mL;Pd纳米短链的平均直径为3.5 nm;
(4)将步骤(2)的Ni-rGO核壳结构复合材料和步骤(3)的Pd纳米短链超声8min混合均匀,在紫外照射搅拌处理6h,过滤、洗涤,冷冻干燥即得Pd/Ni-rGO核壳结构复合催化剂,其中Pd纳米短链占Pd和Ni-rGO核壳结构复合材料总质量的14%。
图7为本实施例的Ni-rGO核壳结构复合材料的TEM图、图8为本实施例制得的Pd/Ni-rGO核壳结构复合催化剂的TEM图。由图7可以明显的看Ni核壳结构纳米粒子大小均匀的掺杂在石墨烯的表面,无明显的团聚;图8可以看出Ni核壳结构纳米粒子和Pd短链很均匀的分散在石墨烯的片层上,有部分的短链也分散在Ni大颗粒的表面。
图9为本实施例制得的Pd/Ni-rGO核壳结构复合催化剂、对比例1未加Ni掺杂制得的Pd/rGO纳米复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学循环伏安曲线(C-V)对比图。从图9可知:测试条件为在室温下,0.5 mol·L-1的KOH+2.0mol·L-1的CH3OH溶液中,以20 mV/s的扫描速率对商业Pd/C, Pd/rGO和Pd/Ni-rGO各催化剂对甲醇氧化性能的比较,可以明显的看出Pd/Ni-rGO核壳结构复合催化性能最好。
从图6中本实施例Pd/Ni-rGO核壳结构复合催化剂、对比例1未加Ni掺杂制得的Pd/rGO纳米复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学计时电流曲线(i-t)对比图,从图10可知:测试条件为在室温下,0.5 mol·L-1的KOH+2.0mol·L-1的CH3OH溶液中,在-0.22 V电压下测的催化剂电化学稳定性,图中可以明显看出Pd/Ni-rGO核壳结构复合催化剂的稳定性最好。
实施例3
制备Pd/ Fe-rGO核壳结构复合催化剂,具体步骤如下:
(1)将氧化石墨烯加入到超纯水进行超声分散2h得到氧化石墨烯悬浮液;其中氧化石墨烯悬浮液的浓度为3mg/mL;
(2)将步骤(1)的氧化石墨烯悬浮液往里加8mL 0.15mol/L的NaBH4搅拌0.8h, 再加过渡金属铁盐溶液(FeCl2溶液)混合均匀,然后转移到温度为230℃、恒温反应8h,冷却至室温,过滤、洗涤,冷冻干燥,然后再置于温度为750℃、Ar气氛围下恒温处理3.5h得到Fe-rGO核壳结构复合材料;其中过渡金属盐溶液(FeCl2溶液)的浓度为0.03mol/L,过渡金属盐溶液(FeCl2溶液)与氧化石墨烯悬浮液的体积比为1:3;
(3)将丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液混合均匀,然后在波长为312nm的紫外光照射50min得到Pd纳米短链;其中丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液的体积比为5:1:0.5,Na2PdCl4的溶液溶度为1.05mg/mL;Pd纳米短链的平均直径为3.5 nm;
(4)将步骤(2)的Fe-rGO核壳结构复合材料和步骤(3)的Pd纳米短链超声7min混合均匀,在紫外照射搅拌处理5h,过滤、洗涤,冷冻干燥即得Pd/Ni-rGO核壳结构复合催化剂,其中Pd纳米短链占Pd和Fe-rGO核壳结构复合材料总质量的13%。
图11中本实施例制得的Pd/Fe-rGO核壳结构复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学循环伏安曲线(C-V)对比图,从图11可知:测试条件为在室温下,0.5 mol·L-1的KOH+2.0mol·L-1的CH3OH溶液中,以20 mV/s的扫描速率对商业Pd/C和Pd/Fe-rGO各催化剂对甲醇氧化性能的比较,可以明显的看出Pd/Fe-rGO核壳结构催化性能比商业Pd/C的好。
图12中本实施例制得的Pd/Fe-rGO核壳结构复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学计时电流曲线(i-t)对比图,从图12可知:测试条件为在室温下,0.5 mol·L-1的KOH+2.0mol·L-1的CH3OH溶液中,在-0.22 V电压下测的催化剂电化学稳定性,图中可以明显看出Pd/Fe-rGO核壳结构复合催化剂的稳定性没有商业Pd/C稳定。
实施例4
制备Pd/TM-rGO核壳结构复合催化剂,具体步骤如下:
(1)将对比例1所制备的氧化石墨烯加入到超纯水进行超声分散2h得到氧化石墨烯悬浮液;其中氧化石墨烯悬浮液的浓度为3mg/mL;
(2)将步骤(1)的氧化石墨烯悬浮液往里加9mL 0.08mol/L的NaBH4并搅拌0.6h, 再加过渡金属锰盐溶液(C4H6MnO4溶液)混合均匀,然后转移到温度为250℃、水热反应10h,冷却至室温,抽滤、洗涤,冷冻干燥,然后再温度为800℃、Ar气氛围下恒温处理4h得到Mn-rGO核壳结构复合材料;其中过渡金属盐溶液(C4H6MnO4溶液)的浓度为0.05mol/L,过渡金属盐溶液(C4H6MnO4)与氧化石墨烯悬浮液的体积比为1:2;
(3)将丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液混合均匀,然后在波长为312nm的紫外光照射40min得到Pd纳米短链;其中丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液的体积比为4:4:0.3,Na2PdCl4的溶液溶度为1.05mg/mL;Pd纳米短链的平均直径为3.5 nm;
(4)将步骤(2)的Mn-rGO核壳结构复合材料和步骤(3)的Pd纳米短链超声7min混合均匀,在紫外照射搅拌处理5h,过滤、 冷冻干燥即得Pd/Mn-rGO核壳结构复合催化剂,其中Pd纳米短链占Pd和Fe-rGO核壳结构复合材料总质量的10%。
图13中本实施例制得的Pd/Mn-rGO核壳结构复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学循环伏安曲线(C-V)对比图,从图13可知:测试条件为在室温下,0.5 mol·L-1的KOH+2.0mol·L-1的CH3OH溶液中,以20 mV/s的扫描速率对商业Pd/C和Pd/Mn-rGO核壳结构复合催化剂对甲醇氧化性能的比较,可以明显的看出Pd/Mn-rGO核壳结构复合催化性能比商业Pd/C的好。
图10为本实施例制得的 Pd/Mn-rGO核壳结构复合催化剂和市售Pd/C催化剂的电化学计时电流曲线(i-t)对比图,从图10中可知:测试条件为在室温下,0.5 mol·L-1的KOH+2.0mol·L-1的CH3OH溶液中,在-0.22 V电压下测的催化剂电化学稳定性,图中可以明显看出Pd/Mn-rGO核壳结构复合的稳定性比商业Pd/C的好。
实施例5
Pd/Cu-rGO核壳结构复合催化剂的制备方法,具体步骤如下:
(1)将氧化石墨烯加入到超纯水进行超声分散3h得到氧化石墨烯悬浮液;其中氧化石墨烯悬浮液的浓度为3.5mg/mL;
(2)将步骤(1)的氧化石墨烯悬浮液往里加9mL 0.15mol/L的 NaBH4后搅拌2.5h, 再加过渡金属铜盐溶液(CuSO4溶液)混合均匀,在温度为240℃、水热反应9h,冷却至室温,抽滤洗涤,冷冻干燥,然后再置于温度为750℃、Ar气氛围下恒温处理3.5h得到Cu-rGO核壳结构复合材料;其中过渡金属盐溶液(CuSO4溶液)的浓度为0.15mol/L,过渡金属盐溶液(CuSO4)与氧化石墨烯悬浮液的体积比为1:5;
(3)将丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液混合均匀,然后在波长为312nm的紫外光照射45min得到Pd纳米短链;其中丙酮、聚乙二醇和Na2PdCl4溶液的体积比为5:2:0.6,Na2PdCl4的溶液溶度为1.05mg/mL;Pd纳米短链的平均粒径为3.5 nm;
(4)将步骤(2)的Mn-rGO核壳结构复合材料和步骤(3)的Pd纳米短链超声6min混合均匀,在紫外照射搅拌处理5h,过滤、 冷冻干燥即得Pd/Cu-rGO核壳结构复合催化剂,其中Pd纳米短链占Pd和Fe-rGO核壳结构复合材料总质量的10%。
综上所述,本发明的技术方案具有如下技术好处:
(1)本发明中采用水热法使过渡金属核壳结构掺杂还原氧化石墨烯,能够提供更多的活性位点,从而有效地降低制备过程中的团聚现象。
(2)本发明中负载Pd纳米短链时,聚乙二醇(PEG)作为保护剂,用紫外光照射还原能有效降低Pd纳米短链的团聚,使Pd纳米短链均匀分散在TM-rGO的表面。
(3)本发明中掺杂在所述还原氧化石墨烯rGO纳米片层上的过渡金属核壳结构纳米粒子的直径为30~50nm,而分散在TM-rGO纳米片层上的Pd纳米短链的直径为2~4nm,可提高催化剂的活性和稳定性。
(4)本发明中采用水热法使过渡金属核壳结构纳米粒子掺杂在还原氧化石墨烯rGO纳米片层中,再采用光化学还原使Pd纳米短链均匀的分散在TM-rGO表面,从而能够增大Pd纳米短链与甲醇分子的接触面积,进而有效的提高催化剂的催化性能。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种核壳结构复合催化剂,其特征在于,所述核壳结构复合催化剂为Pd/TM-rGO核壳结构复合催化剂,其中,rGO为还原氧化石墨烯,TM为过渡金属核壳结构纳米粒子,Pd为Pd纳米短链,所述TM结合在所述rGO上,记为TM-rGO,所述Pd分散在TM-rGO表面,记为Pd/TM-rGO。
2.根据权利要求1所述的核壳结构复合催化剂,其特征在于,所述过渡金属核壳结构纳米粒子的直径为30~50nm。
3.根据权利要求1所述的核壳结构复合催化剂,其特征在于,所述Pd纳米短链的直径为2~4nm,所述Pd纳米短链的长度为5~15nm。
4.一种权利要求1-3任一项所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤A、将氧化石墨烯加入到超纯水中进行超声分散,得到氧化石墨烯悬浮液;
步骤B、向所述氧化石墨烯悬浮液中添加NaBH4溶液进行反应,得到还原氧化石墨烯的混合溶液;
步骤C、向所述还原氧化石墨烯的混合溶液中添加过渡金属盐溶液,转移到温度为210~250℃条件下进行恒温反应,在保护气体氛围、温度为700~850℃的条件下进行热处理,得到核壳结构复合材料;
步骤D、将聚乙二醇、丙酮和Na2PdCl4溶液混合均匀,然后在紫外光下照射得到Pd纳米短链;
步骤E、将所述核壳结构复合材料和所述Pd纳米短链混合均匀并超声处理,边搅拌边光照反应2~6h,冷冻干燥得到核壳结构复合催化剂。
5.根据权利要求4所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤A中,所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为3~6mg/mL。
6.根据权利要求4所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤B中,所述NaBH4溶液的浓度为0.05~0.2mol/L。
7.根据权利要求4所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤C中,所述恒温反应之后还包括:进行抽滤洗涤处理和干燥处理。
8.根据权利要求4所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤C中,所述过渡金属盐溶液为NiSO4溶液、Co(NO3)2溶液、FeCl2溶液、C4H6MnO4溶液或CuSO4溶液。
9.根据权利要求4所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤C中,过渡金属盐溶液的浓度为0.01~0.05 mol/L。
10.根据权利要求4所述的核壳结构复合催化剂的制备方法,其特征在于,所述步骤D中,所述聚乙二醇、丙酮和Na2PdCl4溶液的体积比为2~5:1~5:0.1~1,其中,所述Na2PdCl4溶液的浓度为1.05mg/mL。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811615777.3A CN109675583B (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 一种核壳结构复合催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811615777.3A CN109675583B (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 一种核壳结构复合催化剂及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109675583A true CN109675583A (zh) | 2019-04-26 |
CN109675583B CN109675583B (zh) | 2021-07-23 |
Family
ID=66190781
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811615777.3A Active CN109675583B (zh) | 2018-12-27 | 2018-12-27 | 一种核壳结构复合催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109675583B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111111692A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-08 | 昆明理工大学 | 过渡金属氧化物修饰rGO负载贵金属纳米催化剂的制备方法 |
CN111111650A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-08 | 昆明理工大学 | rGO/碳纸负载贵金属纳米粒子催化剂的电化学制备方法 |
CN112121790A (zh) * | 2020-10-22 | 2020-12-25 | 福建省宇诚环保科技有限公司 | 核壳结构型锰系催化剂及其制备方法 |
CN117626048A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-03-01 | 池州通泰金属材料有限公司 | 一种耐高温型金属复合材料 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102315433A (zh) * | 2011-09-07 | 2012-01-11 | 中国矿业大学 | 石墨烯负载Cu-CuxO复合材料及其制备方法 |
CN103537299A (zh) * | 2013-10-29 | 2014-01-29 | 常州大学 | 一种碳载Co核-Pt壳纳米粒子催化剂及其制备方法 |
CN104549364A (zh) * | 2015-01-05 | 2015-04-29 | 北京化工大学 | 一种碳载纳米铜镍合金核-贵金属壳的核壳催化剂及其制备方法 |
CN104907066A (zh) * | 2015-05-18 | 2015-09-16 | 昆明理工大学 | 一种利用NH4F改性处理碳纳米材料制备碳载Pd纳米催化剂的方法 |
CN106215824A (zh) * | 2016-09-07 | 2016-12-14 | 南京理工大学 | 一种Cu2O/Cu复合材料的制备方法 |
US20170128917A1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | Massachusetts Institute Of Technology | Noble metal monolayer shell coatings on transition metal ceramic nanoparticle cores |
-
2018
- 2018-12-27 CN CN201811615777.3A patent/CN109675583B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102315433A (zh) * | 2011-09-07 | 2012-01-11 | 中国矿业大学 | 石墨烯负载Cu-CuxO复合材料及其制备方法 |
CN103537299A (zh) * | 2013-10-29 | 2014-01-29 | 常州大学 | 一种碳载Co核-Pt壳纳米粒子催化剂及其制备方法 |
CN104549364A (zh) * | 2015-01-05 | 2015-04-29 | 北京化工大学 | 一种碳载纳米铜镍合金核-贵金属壳的核壳催化剂及其制备方法 |
CN104907066A (zh) * | 2015-05-18 | 2015-09-16 | 昆明理工大学 | 一种利用NH4F改性处理碳纳米材料制备碳载Pd纳米催化剂的方法 |
US20170128917A1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | Massachusetts Institute Of Technology | Noble metal monolayer shell coatings on transition metal ceramic nanoparticle cores |
CN106215824A (zh) * | 2016-09-07 | 2016-12-14 | 南京理工大学 | 一种Cu2O/Cu复合材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JUNHUA LI ET AL.: "Facile synthesis of Pd-Cu@Cu2O/N-RGO hybrid and its application for electrochemical detection of tryptophan", 《ELECTROCHIMICA ACTA》 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111111692A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-08 | 昆明理工大学 | 过渡金属氧化物修饰rGO负载贵金属纳米催化剂的制备方法 |
CN111111650A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-08 | 昆明理工大学 | rGO/碳纸负载贵金属纳米粒子催化剂的电化学制备方法 |
CN111111650B (zh) * | 2020-01-16 | 2020-12-18 | 昆明理工大学 | rGO/碳纸负载贵金属纳米粒子催化剂的电化学制备方法 |
CN111111692B (zh) * | 2020-01-16 | 2021-03-09 | 昆明理工大学 | 过渡金属氧化物修饰rGO负载贵金属纳米催化剂的制备方法 |
CN112121790A (zh) * | 2020-10-22 | 2020-12-25 | 福建省宇诚环保科技有限公司 | 核壳结构型锰系催化剂及其制备方法 |
CN117626048A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-03-01 | 池州通泰金属材料有限公司 | 一种耐高温型金属复合材料 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109675583B (zh) | 2021-07-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109675583A (zh) | 一种核壳结构复合催化剂及其制备方法 | |
Sun et al. | Synergistic effect of single-atom Ag and hierarchical tremella-like g-C3N4: electronic structure regulation and multi-channel carriers transport for boosting photocatalytic performance | |
He et al. | NH2-MIL-125 (Ti) encapsulated with in situ-formed carbon nanodots with up-conversion effect for improving photocatalytic NO removal and H2 evolution | |
CN104269566B (zh) | 一种氮掺杂多孔碳纳米片复合材料的制备方法和应用 | |
CN109433193A (zh) | 一种纳米Pd/M-rGO复合催化剂及其制备方法 | |
Nemati et al. | Cerium functionalized graphene nano-structures and their applications; A review | |
Xu et al. | MOFs-derived C-In2O3/g-C3N4 heterojunction for enhanced photoreduction CO2 | |
CN105148991B (zh) | 一种氮/硫/氯共掺杂多级孔碳催化剂及其制备方法 | |
CN102078811B (zh) | 均相沉淀-原位还原法制备炭载Pd纳米粒子催化剂的方法 | |
Huang et al. | Well-dispersive Pt nanoparticles grown on 3D nitrogen-and sulfur-codoped graphene nanoribbon architectures: highly active electrocatalysts for methanol oxidation | |
WO2023071212A1 (zh) | 一种富勒烯稳定的亚铜功能材料及其制备方法和应用 | |
CN108855173B (zh) | 一种光电催化分解水产氢的方法及其中使用的等离子体催化剂和制法 | |
CN108232213A (zh) | 一种氮掺杂石墨烯-碳纳米管-四氧化三钴杂化材料及其制备方法 | |
CN108155392A (zh) | 一种还原氧化石墨烯负载Pd-M纳米复合催化剂的制备方法 | |
CN102873337A (zh) | 一种聚烯丙基胺导向的铂纳米立方体的制备方法 | |
Du et al. | ZIF-67/CoOOH cocatalyst modified g-C3N4 for promoting photocatalytic deep oxidation of NO | |
CN108672717A (zh) | 一步合成团簇型钯铜纳米粒子的方法及团簇型钯铜纳米粒子的应用 | |
CN113042086A (zh) | 一种氨基功能化碳纳米管负载NiAuPd纳米催化剂的原位制备方法及应用 | |
CN109585865A (zh) | 一种超小的单分散PtCu合金催化剂及其制备方法与应用 | |
Ma et al. | Au nanoparticles modified HNTs/g-C3N4/CdS composite for highly efficient CO2 photoreduction and tetracycline degradation | |
Gong et al. | Ultrafast and large-scale synthesis of Co3O4 quantum dots-C3N4/rGO as an excellent ORR electrocatalyst via a controllable deflagration strategy | |
CN109560299A (zh) | 一种纳米线网结构PtCu合金催化剂及其制备方法与应用 | |
CN107369839B (zh) | 氧化钌-硅藻土复合负载燃料电池催化剂的制备方法 | |
CN106784889A (zh) | 一种钯铁氧化物燃料电池催化剂及其制备方法 | |
CN110931813A (zh) | Au@N-CQDs@Pd核壳结构纳米复合材料及其制备和电催化氧化甲醇的应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |