一種鈀釕/多壁碳納米管催化劑及其制備方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種鈀釕/多壁碳納米管（PdRu/MWNT）催化劑及其制備方法，該催化劑是以鈀（Pd）納米顆粒為催化活性組分，以釕（Ru）作為摻雜金屬，以多壁碳納米管（MWNT）為載體的催化劑。制備步驟如下：對多壁碳納米管進行預處理，然后將多壁碳納米管分散于PdCl2和RuCl3的水溶液中，通過添加還原劑硼氫化鈉（NaBH4），將鈀和釕納米顆粒均勻地負載到多壁碳納米管載體上。本發(fā)明專利技術得到的鈀釕/多壁碳納米管（PdRu/MWNT）催化劑具有較高的電化學氧化還原活性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于無機材料領域，具體涉及一種催化材料及其制備方法，特別是一種具有高電化學氧化還原特性的鈀釕/多壁碳納米管(PdRu/MWNT)催化劑及其制備方法。
技術介紹
近年來，關于制備高電化學活性和穩(wěn)定性的催化材料，并將制備的材料運用于電化學檢測，燃料電池，污染物的氧化還原的研究，受到了材料和電化學領域的專家們的青睞。特別是優(yōu)良的電催化材料的制備，更是研究的重點之一。鈀納米材料具有良好的電催化活性，但是純鈀納米材料容易發(fā)生團聚，嚴重限制了材料的催化能力。為了提高貴金屬材 料鈀的電催化活性和利用率，一般將金屬鈀納米材料負載在比表面積較大的材料上，如活性炭、碳納米管、腐植酸等。近幾年的研究發(fā)現，將氧化物作為載體材料(碳納米管)和催化活性材料(鈀納米顆粒)的中間載體，不僅可以提高材料的電催化活性，使用壽命，還可以增強材料的抗腐蝕能力，降低材料表面活性區(qū)域的退化能力。單純的鈀/多壁碳納米管已有研究，且表現出良好地電化學氧化還原活性；為進一步提高材料的電化學性能，加入金屬釕，作為摻雜金屬，以期進一步提高材料的電化學性能。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種具有高電催化活性的鈀釕/多壁碳納米管(PdRu/MWNT)催化劑及其制備方法。本專利技術的鈀釕/多壁碳納米管催化劑，是以鈀(Pd)納米顆粒為催化活性組分，以釕(Ru)作為摻雜金屬，以多壁碳納米管為載體，其中鈀相對多壁碳納米管的質量分數為10 30%,金屬釕相對于金屬鈕!的質量比為O. 01 O. 2,(即金屬釕相對于為多壁碳納米管的質量比為O. 01% O. 5%)O此外，本專利技術還提供了制備上述P鈀釕/多壁碳納米管(PdRu/MWNT)催化劑的方法，包括以下步驟 1)將多壁碳納米管置于濃硫酸和濃硝酸的混合酸中，80 100° C恒溫超聲反應6 8 h，去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，低溫干燥，得到功能基團化的多壁碳納米管材料； 2)稱取氯化鈀(PbCl2)分散于去離子水中，于50°C恒溫超聲20 30 min，得到均勻的氯化鈀水溶液，其中鈀離子濃度為O. 05 mg/L O. 2 mg/L ； 3)稱取三氯化釕(RuCl3)分散于去離子水中，得到均勻的三氯化釕水溶液，其中釕離子濃度為 O. 05 mg/L O. 2 mg/L ； 4)取步驟I)制得的多壁碳納米管材料，攪拌分散于去離子水中，持續(xù)快速攪拌10 15 min后，逐滴加入步驟2)得到的氯化鈀水溶液，加入量為水溶液中的鈀離子相對多壁碳納米管的質量分數為10 30%，繼續(xù)攪拌I 2 h后，再加入三氯化釕溶液，加入量為溶液中的金屬釕離子相對于多壁碳納米管的質量比為O. 1% 5% ;持續(xù)攪拌I 2h后，逐滴加入過量還原劑硼氫化鈉溶液，繼續(xù)攪拌6 8 h后，洗滌過濾，烘干，得到鈀釕/多壁碳納米管(PdRu/MWNT)催化劑。作為本專利技術的改進，步驟I)中混合酸中濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1。本專利技術與現有技術比較具有以下有益效果 在鈀/多壁碳納米管復合材料中摻雜金屬釕可以進一步提高材料的電催化活性和使用壽命。本專利技術的制備方法中，先將多壁碳納米管進行預處理，增加其表面官能團含量，以達到提高材料電化學活性的目的；利用硼氫化鈉作為還原劑，將鈀和釕納米顆粒負載到多壁碳納米管材料上，所得的鈀釕/多壁碳納米管(PdRu/MWNT)催化劑具有良好且穩(wěn)定的電催化活性。·附圖說明圖I是利用化學法合成的產物PdRu/MWNT的TEM 圖2是在O. 5M硫酸+0. 5M甲酸體系下，兩種PdRu/MWNT催化劑和Pd/MWNT修飾電極的循環(huán)伏安曲線，掃描速率為20 mV/s。圖3是在O. 5M硫酸+0. 5M甲酸體系下，兩種PdRu/MWNT催化劑和Pd/MWNT修飾電極在O. 2V恒電位條件下電流隨時間的變化曲線。具體實施例方式以下結合具體實施例對本專利技術作進一步說明。實施例I 1)將碳納米管置于濃硫酸和濃硝酸的混合酸中，混合酸中濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1，80 ° C恒溫超聲反應6 h，去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，低溫干燥，得到功能基團化的多壁碳納米管材料； 2)稱取氯化鈀(PdCl2)分散于去離子水中，于50°C恒溫超聲20 min，得到均勻的PdCl2的水溶液，其中鈀(Pd)的濃度為O. 05mg/mL ； 3)稱取三氯化釕(RuCl3)分散于去離子水中，得到均勻的三氯化釕水溶液，其中釕離子濃度為O. 05 mg/L ； 4)取步驟I)制得的多壁碳納米管材料20mg，攪拌分散于去離子水中，持續(xù)快速攪拌10 min后，逐滴加入步驟2)得到的PdCl2水溶液40mL，繼續(xù)攪拌I h后，繼續(xù)加入步驟3)得到的RuCl3溶液20 mL ;持續(xù)攪拌I h后,逐滴加入過量還原劑硼氫化鈉溶液,繼續(xù)攪拌6h后，洗滌過濾，烘干，得到鈀釕/多壁碳納米管(PdRu/MWNT)催化劑。 實施例2 I)將碳納米管置于濃硫酸和濃硝酸的混合酸中，混合酸中濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1，90 ° C恒溫超聲反應7 h，去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，低溫干燥，得到功能基團化的多壁碳納米管材料；2)稱取氯化鈀(PdCl2)分散于去離子水中，于50°C恒溫超聲25 min，得到均勻的PdCl2的水溶液，其中鈀(Pd)的濃度為O. I mg/mL ； 3)稱取三氯化釕(RuCl3)分散于去離子水中，得到均勻的三氯化釕水溶液，其中釕離子濃度為O. I mg/L ； 4)取步驟I)制得的多壁碳納米管材料10mg，攪拌分散于去離子水中，持續(xù)快速攪拌15 min后，逐滴加入步驟2)得到的PdCl2水溶液20mL，繼續(xù)攪拌I. 5 h后，繼續(xù)加入步驟3)得到的RuCl3稀釋溶液10 mL ;持續(xù)攪拌I. 5 h后,逐滴加入過量還原劑硼氫化鈉溶液，繼續(xù)攪拌7 h后，洗滌過濾，烘干，得到鈀釕/多壁碳納米管(PdRu/MWNT)催化劑。 實例例3 1)將碳納米管置于濃硫酸和濃硝酸的混合酸中，混合酸中濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1，100° C恒溫超聲反應8 h，去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，低溫干燥，得到功能基團化的多壁碳納米管材料； 2)稱取氯化鈀(PdCl2)分散于去離子水中，于50°C恒溫超聲25 min，得到均勻的PdCl2的水溶液，其中鈀(Pd)的濃度為O. I mg/mL ； 3)稱取三氯化釕(RuCl3)分散于去離子水中，得到均勻的三氯化釕水溶液，其中釕離子濃度為O. 05 mg/L ； 4)取步驟I)制得的多壁碳納米管材料15mg，攪拌分散于去離子水中，持續(xù)快速攪拌15 min后，逐滴加入步驟2)得到的PdCl2水溶液40 mL，繼續(xù)攪拌2 h后，繼續(xù)加入步驟3)得到的RuCl3稀釋溶液15 mL ;持續(xù)攪拌2 h后,逐滴加入過量還原劑硼氫化鈉溶液,繼續(xù)攪拌8 h后，洗滌過濾，烘干，得到鈀釕/多壁碳納米管(PdRu/MWNT)催化劑。圖I是按照上述方法制備的鈀釕/多壁碳納米管催化劑TEM圖，該催化劑是以鈀(Pd)納米顆粒為催化活性組分，以釕(Ru)作為摻雜金屬，以多壁碳納米管(MWNT)為載體的催化劑 電化學性能測試 室溫下，在硫酸和甲酸溶液體系中，用循環(huán)伏安法測定催本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鈀釕/多壁碳納米管催化劑，其特征在于該催化劑以鈀納米顆粒為催化活性組分，以釕作為摻雜金屬，以多壁碳納米管為載體，其中鈀相對多壁碳納米管的質量分數為10～30%，金屬釕相對于金屬鈀的質量比為0.01～0.2。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：李琴，丁亮，周丹丹，崔皓，張秋，李保菊，錢言，翟建平，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發(fā)明
國別省市：