CN109742412B - 一种PdAuAg中空纳米片电催化剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种PdAuAg中空纳米片电催化剂的制备方法，反应原料包括硝酸银、PVP、HAuCl4和氯钯酸钠。本发明制得的PdAuAg中空纳米片电催化剂分散性好，为表面多孔的中空片层结构，片层厚度均匀，为40nm左右，其表面多孔的中空纳米片结构有利于促进催化剂的利用效率和传质过程，并且Pd与Ag和Au之间存在协同作用，可促进该催化剂的电催化活性和稳定性。

Description

一种PdAuAg中空纳米片电催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于电催化剂技术领域，具体涉及一种PdAuAg中空纳米片电催化剂的制备方法。
背景技术
直接乙醇燃料电池(DEFCs)以其燃料获取容易，运输储存方便，能量密度高，环境友好等优点获得了极大关注。对于DEFCs，如何提高其阳极催化剂效率，降低成本，一直是研究人员的科研兴趣所在。铂基材料常用于DEFCs阳极催化剂，然而Pt具有价格高昂、储量稀少、易受CO毒化等缺点。因此，人们考虑用储量相对丰富、价格相对便宜、抗CO毒化性能好的钯基材料来替代传统的铂基阳极催化剂。
为进一步降低钯基催化剂成本，提高其催化剂活性与稳定性，现有技术通过掺杂的方式在钯基催化剂中引入其他较廉价的过渡金属，形成多组分的合金，例如：PdCu、PdAg、PdCo、PdRu、PdNi和PdCuCo等，通过多金属间协同作用和双功能效应来促进钯基催化剂的电催化性能。
除了化学组成外，Pd基电催化剂的电催化性能也取决于其形貌和结构。为了获得高活性和廉价的Pd基电催化剂，人们花费了很多精力和时间去调控纳米材料的结构和形貌。基于这方面的研究，近些年钯基催化剂得到很大的发展。形态各异的钯基催化剂，如纳米线、纳米花状、纳米枝状、草莓状、纳米立方体、中空纳米颗粒、核壳结构等，已被成功地制备出来并探讨了催化剂在燃料电池中的应用。为了制备不同结构和形貌的Pd基电催化剂，研究工作者们尝试了各种各样的物理和化学方法。但是，这些制备过程大多复杂而且过程中会使用一些有毒的有机物。因此，开发一种简单有效的方法去制备高活性的多组分钯基纳米电催化剂具有很重要的理论和现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种PdAuAg中空纳米片电催化剂的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种PdAuAg中空纳米片电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制AgNO3(作为银源)的DMF(N，N-二甲基甲酰胺)溶液和PVP(聚乙烯吡咯烷酮，作为覆盖剂)的DMF溶液；
(2)边搅拌边向AgNO3的DMF溶液中缓慢加入PVP的DMF溶液，继续搅拌获得黄棕色溶液，然后于155-165℃下反应2.5-4.5h，冷却至室温，获得棕灰色溶液；
(3)将上述棕灰色溶液用去离子水适当稀释后，于8-10℃搅拌20-40min；
(4)在8-10℃的温度下向步骤(3)所得的物料中滴加HAuCl4溶液，滴加时间为20-30min，接着继续搅拌10-13h；
(5)将步骤(4)所得的物料升温至23-25℃，向其中滴加氯钯酸钠溶液，滴加时间为20-30min，接着搅拌7-9h；
(6)将步骤(4)所得的物料经离心后，去除上清液，获得黑色沉淀，再加入氨水溶液超声震荡7-9min，接着离心得沉淀，最后经超纯水充分洗涤，即得所述PdAuAg中空纳米片电催化剂。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)为：边搅拌边向AgNO3的DMF溶液中缓慢加入PVP的DMF溶液，继续搅拌获得黄棕色溶液，然后于160℃下反应4h，冷却至室温，获得棕灰色溶液。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)为：将所述棕灰色溶液用去离子水适当稀释后，于10℃搅拌30min。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)为：在10℃的温度下向步骤(3)所得的物料中滴加HAuCl4溶液，滴加时间为25min，接着继续搅拌12h。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(5)为：将步骤(4)所得的物料升温至24℃，向其中滴加氯钯酸钠溶液，滴加时间为25min，接着搅拌8h。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(6)中的离心的转速为4500-5500rpm，时间为7-9min。
在本发明的一个优选实施方案中，所述硝酸银、PVP、HAuCl4和氯钯酸钠的摩尔比为31-32∶150-160∶3-4∶5-6。
本发明的有益效果是：
1、本发明制得的PdAuAg中空纳米片电催化剂分散性好，为表面多孔的中空片层结构，片层厚度均匀，为40nm左右，其表面多孔的中空纳米片结构有利于促进催化剂的利用效率和传质过程，并且Pd与Ag和Au之间存在协同作用，可促进该催化剂的电催化活性和稳定性。
2、本发明的原料易得，设备工艺简单，高效快速，产率高，制备成本低，适合大规模工业生产，为高性能的直接乙醇燃料电池阳极催化剂的开发提供了一种简易绿色的制备方法。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的银纳米片(AgNPs)和PdAuAg中空纳米片(PdAuAgNPs)电催化剂的X-射线衍射图。
图2为本发明实施例1所制备的PdAuAg中空纳米片电催化剂的透射电子显微镜照片；
图3为本发明实施例1所制备的PdAuAg中空纳米片电催化剂与商业Pd/C催化剂在KOH溶液中的循环伏安曲线(a)；在乙醇的KOH溶液中的循环伏安曲线(b)和计时电流曲线(c)。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
一种PdAuAg中空纳米片电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制浓度为63mM的AgNO3(作为银源)的DMF(N，N-二甲基甲酰胺)溶液和浓度为0.63M的PVP(聚乙烯吡咯烷酮，作为覆盖剂)的DMF溶液；
(2)在40mL反应釜中，边搅拌边向10mL AgNO3的DMF溶液中缓慢加入5mL PVP的DMF溶液，继续搅拌25min获得黄棕色溶液，然后将上述反应釜移入烘箱中，于160℃下反应4h，冷却至室温，获得棕灰色溶液，即银纳米片溶液(如图1所示)；
(3)将一半的上述棕灰色溶液移至250mL圆底烧瓶中，用50mL去离子水稀释后，于10℃搅拌30min；
(4)在10℃的温度下向步骤(3)所得的物料中缓慢滴加100mL浓度为0.34mM的HAuCl4溶液，滴加时间为25min，接着继续搅拌12h；
(5)将步骤(4)所得的物料升温至24℃，向其中逐滴滴加100mL浓度为0.54mM的氯钯酸钠溶液，滴加时间为25min，物料变为黑色，接着搅拌8h；
(6)将步骤(4)所得的物料转入50mL离心管中，经5000rpm离心8min后，去除上清液，获得黑色沉淀，再加入氨水溶液超声震荡8min，接着离心2次得沉淀，最后经超纯水离心洗涤分离3次，即得如图1和图2所示的所述PdAuAg中空纳米片电催化剂。
将本实施例制得的PdAuAg中空纳米片电催化剂与商业Pd/C催化剂进行比较，结果如图3所示。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种PdAuAg中空纳米片电催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）配制AgNO3的DMF溶液和PVP的DMF溶液；
（2）边搅拌边向AgNO3的DMF溶液中缓慢加入PVP的DMF溶液，继续搅拌获得黄棕色溶液，然后于155-165℃下反应2.5-4.5 h，冷却至室温，获得棕灰色溶液；
（3）将上述棕灰色溶液用去离子水适当稀释后，于8-10℃搅拌20-40min；
（4）在8-10℃的温度下向步骤（3）所得的物料中滴加HAuCl4溶液，滴加时间为20-30min，接着继续搅拌10-13h；
（5）将步骤（4）所得的物料升温至23-25℃，向其中滴加氯钯酸钠溶液，滴加时间为20-30min，接着搅拌7-9h；
（6）将步骤（5）所得的物料经离心后，去除上清液，获得黑色沉淀，再加入氨水溶液超声震荡7-9min，接着离心得沉淀，最后经超纯水充分洗涤，即得所述PdAuAg中空纳米片电催化剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）为：边搅拌边向AgNO3的DMF溶液中缓慢加入PVP的DMF溶液，继续搅拌获得黄棕色溶液，然后于160℃下反应4h，冷却至室温，获得棕灰色溶液。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）为：将所述棕灰色溶液用去离子水适当稀释后，于10℃搅拌30min。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）为：在10℃的温度下向步骤（3）所得的物料中滴加HAuCl4溶液，滴加时间为25min，接着继续搅拌12h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）为：将步骤（4）所得的物料升温至24℃，向其中滴加氯钯酸钠溶液，滴加时间为25min，接着搅拌8h。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中的离心的转速为4500-5500rpm，时间为7-9min。
7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的制备方法，其特征在于：所述AgNO3、PVP、HAuCl4和氯钯酸钠的摩尔比为31-32:150-160:3-4:5-6。
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