一種鈦板負載的鈀釕催化劑的製備方法與流程
2023-08-07 19:30:21 1
本發明屬於催化和能源工業材料製備領域，具體涉及一種鈦板負載的鈀釕納米催化劑的製備方法。
背景技術：
隨著全球能源危機的加劇，新的能源引起社會的廣泛關注。直接醇類燃料電池（DMFCs/DEFCs）是一種可以將燃料的化學能直接轉換成電能的電化學反應裝置，具有工作溫度低、能量密度高以及環境友好等優點。在燃料電池方面，鉑催化劑的催化效率較高，但是貴金屬鉑的資源匱乏，導致其價格昂貴，增加了燃料電池的成本。因此，鈀被認為是低鉑乃至無鉑催化劑的關鍵材料。
然而，傳統的碳材料載體因其耐腐蝕性較差，導致在作為催化劑載體過程中其上負載的催化劑活性物質易脫落，影響其催化性能。近年來，大量研究人員對非碳載體材料如氧化物、高穩定性金屬和稀土材料等進行了研究。其中，鈦具有較高的導電性和耐腐蝕，可望成為燃料電池的新型載體材料。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種鈦板負載的鈀釕納米催化劑的製備方法，其可使製得的鈀釕顆粒粒徑均勻，並使其均勻分散在載體上，從而顯著提高所得催化劑的催化活性。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種鈦板負載的鈀釕催化劑的製備方法，其是將鈀鹽與釕鹽在超聲攪拌下溶解於有機溶劑中，得到溶液A；將油酸或油酸鹽超聲溶解於有機溶劑中，得到溶液B；將溶液A逐滴加入溶液B中，攪拌混合1h~4h，得到膠狀溶液C；將膠狀溶液C均勻塗覆於刻蝕後的鈦板上，乾燥得到物質D；將物質D轉移到管式爐內，在氣體保護下升溫至160~320℃後保溫處理0.5h~2h，得到鈦板負載的鈀釕催化劑；其具體操作步驟如下：
（1）將鈦板在沸騰的20wt%~60wt%的草酸溶液中刻蝕1-2小時，洗滌乾燥後，得到刻蝕後的鈦板；
（2）按質量體積比1:1:10將鈀鹽、釕鹽超聲混合在有機溶液中，得到溶液A；按質量體積比1:10將油酸或油酸鹽超聲溶解在有機溶劑中，得到溶液B；
（3）攪拌溶液B，並將溶液A逐滴加入到溶液B當中，然後攪拌混合1h~4h，得到膠狀溶液C；
（4）將膠狀溶液C均勻塗在刻蝕後的鈦板上，放入乾燥箱內，60℃下乾燥2h，得到物質D；
（5）將物質D放入剛玉陶瓷舟內，轉移到管式爐內，通入保護氣體，然後以2℃/min的速率升溫到160℃~320℃，保溫處理0.5h~2h，冷卻後得到鈦板負載的鈀釕催化劑。
所述鈀鹽為二氯化鈀、四氯鈀酸鈉和醋酸鈀中的一種或者幾種。
所述釕鹽為三氯化釕、醋酸釕和碘化釕中的一種或者幾種。
所述油酸鹽為油酸鉀、油酸鈣和油酸鈉中的一種或者幾種。
所述有機溶劑為無水乙醇或乙二醇。
所用保護氣體為氬氣、氫氣、氮氣的一種或者幾種。
所用鈀鹽、釕鹽與油酸或油酸鹽的摩爾比為1:1:1~1:1:10。
膠狀溶液C在鈦板上的塗覆量為1~10g/m2。
所得催化劑中鈀、釕顆粒的平均粒徑均小於10nm。
本發明的顯著優點在於：
與傳統熱分解方法相比，本發明方法不僅可顯著降低熱分解溫度，使獲得的鈀釕顆粒尺寸均勻，平均粒徑小於10nm，並可使鈀釕顆粒在鈦板上均勻分散，以充分發揮鈀釕合金的晶格收縮效應和表面配位效應，從而對乙醇及甲醇等醇類燃料具有較高的催化活性。同時，鈦基材的高耐蝕性也能夠增強催化劑在運行環境下的穩定性。
本發明原料易得，操作方法簡便，可達到產業化生產的要求。
附圖說明
圖1是本發明製備的鈦板負載的鈀釕催化劑的SEM圖。
具體實施方式
為了使本發明所述的內容更加便於理解，下面結合具體實施方式對本發明所述的技術方案做進一步的說明，但是本發明不僅限於此。
實施例1
（1）將鈦板在沸騰的60wt%的草酸溶液中刻蝕1小時，用酒精洗滌乾燥後，得到刻蝕後的鈦板；
（2）將醋酸鈀和碘化釕超聲混合在無水乙醇中，得到醋酸鈀和碘化釕濃度均為1g/10mL的溶液A；將油酸超聲溶解在無水乙醇中，得到濃度為1g/10mL的溶液B；
（3）攪拌溶液B，並將溶液A逐滴加入到溶液B當中，然後攪拌混合1h，得到膠狀溶液C；其中油酸與醋酸鈀、碘化釕的摩爾比為1:1:1；
（4）按塗覆量1g/m2將膠狀溶液C均勻塗在刻蝕後的鈦板上，放入乾燥箱內，60℃下乾燥2h，得到物質D；
（5）將物質D放入剛玉陶瓷舟內，轉移到管式爐內，通入氬氣進行保護，然後以2℃/min的速率升溫到160℃，保溫處理2h，冷卻後得到鈦板負載的鈀釕催化劑。所得催化劑對乙醇催化的比活性為25 mA·cm-2，連續運行12小時（65℃10.65V）的衰減率僅為10%。
圖1是所得催化劑的SEM圖。由圖可知，鈀釕納米顆粒分散均勻，其平均粒徑在10nm左右。
實施例2
（1）將鈦板在沸騰的40wt%的草酸溶液中刻蝕1小時，用酒精洗滌乾燥後，得到刻蝕後的鈦板；
（2）將二氯化鈀和三氯化釕超聲混合在無水乙醇中，得到二氯化鈀和三氯化釕濃度均為1g/10mL的溶液A；將油酸鉀超聲溶解在乙二醇中，得到濃度為1g/10mL的溶液B；
（3）攪拌溶液B，並將溶液A逐滴加入到溶液B當中，然後攪拌混合2h，得到膠狀溶液C；其中油酸鉀與二氯化鈀、三氯化釕的摩爾比為10:1:1；
（4）按塗覆量10g/m2將膠狀溶液C均勻塗在刻蝕後的鈦板上，放入乾燥箱內，60℃下乾燥2h，得到物質D；
（5）將物質D放入剛玉陶瓷舟內，轉移到管式爐內，通入氮氣進行保護，然後以2℃/min的速率升溫到320℃，保溫處理0.5h，冷卻後得到鈦板負載的鈀釕催化劑。所得催化劑對乙醇催化的比活性為20 mA·cm-2，連續運行12小時（65℃，0.65V）的衰減率僅為8%。
實施例3
（1）將鈦板在沸騰的20wt%的草酸溶液中刻蝕2小時，用酒精洗滌乾燥後，得到刻蝕後的鈦板；
（2）將醋酸鈀和醋酸釕超聲混合在乙二醇中，得到醋酸鈀和醋酸釕濃度均為1g/10mL的溶液A；將油酸鈉超聲溶解在乙二醇中，得到濃度為1g/10mL的溶液B；
（3）攪拌溶液B，並將溶液A逐滴加入到溶液B當中，然後攪拌混合4h，得到膠狀溶液C；其中油酸鈉與醋酸鈀、醋酸釕的摩爾比為5:1:1；
（4）按塗覆量5g/m2將膠狀溶液C均勻塗在刻蝕後的鈦板上，放入乾燥箱內，60℃下乾燥2h，得到物質D；
（5）將物質D放入剛玉陶瓷舟內，轉移到管式爐內，通入氬氣進行，然後以2℃/min的速率升溫到180℃，保溫處理1h，冷卻後得到鈦板負載的鈀釕催化劑。所得催化劑對乙醇催化的比活性為14 mA·cm-2，連續運行12小時（65℃，0.65V）的衰減率僅為5%。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。