專利名稱：：一種多孔納米鈀金屬催化劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種金屬催化劑，尤其涉及一種多孔納米鈀金屬催化劑及在室溫離子液體中通過電化學(xué)腐蝕合金來制備該種多孔納米鈀金屬催化劑的方法。
背景技術(shù)：
：鈀作為一種過渡金屬材料具有非常優(yōu)良的催化活性，它最為顯著的特點(diǎn)是其優(yōu)秀的儲(chǔ)氫性能，鈀金屬材料特別是鈀的納米結(jié)構(gòu)材料可以吸收大量的活性氫，在催化反應(yīng)特別是催化氫解反應(yīng)中發(fā)揮著極其重要的作用。近年來，鈀納米材料的合成和應(yīng)用越來越受到人們的重視，制備形狀可控、性能穩(wěn)定、比表面積高的鈀納米材料是研究者們一直關(guān)注的重點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)目前研究的鈀納米材料大多數(shù)集中在鈀納米顆粒的合成，這類催化劑運(yùn)用在催化反應(yīng)和電催化反應(yīng)中均表現(xiàn)出較好的催化效果。但此類催化劑制備過程一般比較復(fù)雜，顆粒容易聚集、不易回收，從而降低了催化效率，這在一定程度上增大了貴金屬的損耗，不利于大規(guī)模的合成和應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多孔納米鈀金屬催化劑，該種催化劑活性好，比表面積高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好且為非負(fù)載型。本發(fā)明的另一目的是提供該種多孔納米鈀金屬催化劑的制備方法，該方法工藝簡(jiǎn)單方便，成本低廉。一種多孔納米鈀金屬催化劑，它為均勻的三維連續(xù)網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)。所述的多孔納米鈀金屬催化劑孔徑范圍為50200nm，平均韌帶寬度為50nm55nm。所述的多孔納米鈀金屬催化劑的制備方法，包括以下步驟(1)將Cu與Pd的合金薄片用砂紙進(jìn)行拋光，再將其洗凈吹干備用；(2)將經(jīng)步驟(1)處理的合金薄片作為工作電極運(yùn)用在三電極體系中，在三電極體系的電解池中以室溫離子液體為電解質(zhì)，采用恒電位方法進(jìn)行選擇性腐蝕溶解銅，一段時(shí)間后取出溶解銅后的合金薄片，將其洗凈吹干得到富Pd的多孔納米結(jié)構(gòu)材料；(3)將步驟(2)制得的富Pd的多孔納米結(jié)構(gòu)材料浸入PdCl2與HC104的混合溶液中，使得其中殘余銅與貴金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)，從而去除殘留銅原子，一段時(shí)間后3取出，得到多孔納米鈀金屬催化劑。所述的多孔納米鈀金屬催化劑的制備方法，步驟(1)中所述的Cu與Pd的合金為含有原子個(gè)數(shù)比Cu:Pd為75:25(Cu75Pd25)的合金，用的砂紙為3500目。步驟(2)中所述的三電極體系以鉑片為對(duì)電極，純銅為參比電極，所述的室溫離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，選擇性腐蝕溶解銅的反應(yīng)時(shí)間為2~24小時(shí)，反應(yīng)溫度為10~35°C，所用的電位范圍為0。51V。步驟(3)中PdCb與HC104的混合溶液中PdCl2的濃度為5.6mmoldnT3，HC104的濃度為0.1moldnf3，置換反應(yīng)時(shí)間為110小時(shí)，反應(yīng)溫度為1035'C。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)制備的多孔納米鈀金屬催化劑具有三維海綿體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣既保持了催化劑本身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，又增大了催化劑的比表面積，使在催化應(yīng)用中催化活性大大提高，特別是對(duì)甲酸等小分子的電化學(xué)氧化和有機(jī)氯代物的還原除氯都有很好的催化效果；(2)制備的多孔納米鈀金屬催化劑與傳統(tǒng)的鈀納米催化劑不同，不需要基底負(fù)載，可以循環(huán)使用，在一定程度上降低了貴金屬的損耗；(3)制備方法工藝簡(jiǎn)單，制備過程操作方便，成本相對(duì)低廉。圖1為鈀銅合金表面經(jīng)過拋光打磨后的掃描電子顯微鏡SEM圖片。圖2為在室溫離子液體中進(jìn)行選擇性腐蝕后的鈀銅合金的SEM圖片。圖3為本發(fā)明多孔納米鈀金屬催化劑的SEM圖片。具體實(shí)施方式實(shí)施例l多孔納米鈀金屬催化劑的制備方法(1)將含有原子個(gè)數(shù)比Cu:Pd為75:25的合金(Cu75Pd25)薄片用3500目砂紙進(jìn)行機(jī)械拋光，再將其放入去離子水中超聲10min后取出并用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?2)將經(jīng)步驟(1)處理的合金薄片作為工作電極運(yùn)用在三電極體系中，以鉑片為對(duì)電極，純銅為參比電極，在三電極體系的電解池中以室溫離子液體(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽)為電解質(zhì)，采用恒電位方法在0.5V電位、22'C下進(jìn)行選擇性腐蝕溶解銅，2個(gè)小時(shí)后取出溶解銅后的合金薄片，用去離子水將其反復(fù)沖洗干凈，用氮?dú)獯蹈傻玫礁籔d的多孔納米結(jié)構(gòu)材料(如圖2所示)；(3)將步驟(2)制得的富Pd的多孔納米結(jié)構(gòu)材料浸沒于PdCb與HCI04混合溶液中，PdCI2的濃度為5.6mmoldm—3,HC104的濃度為0.1moldrrf3，在22。C下反應(yīng)3小時(shí)后取出，用去離子水沖洗，得到多孔納米鈀金屬催化劑(如圖3所示)。實(shí)施例2多孔納米鈀金屬催化劑的制備方法(1)將含有原子個(gè)數(shù)比Cu:Pd為75:25的合金(Cu75Pd25)薄片用3500目砂紙進(jìn)行機(jī)械拋光，再將其放入去離子水中超聲10min后取出并用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?2)將經(jīng)步驟(1)處理的合金薄片作為工作電極運(yùn)用在三電極體系中，以鉑片為對(duì)電極，純銅為參比電極，在三電極體系的電解池中以室溫離子液體(1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽)為電解質(zhì)，采用恒電位方法在IV電位、IO'C下進(jìn)行選擇性腐蝕溶解銅，4個(gè)小時(shí)后取出溶解銅后的合金薄片，用去離子水將其反復(fù)沖洗干凈，用氮?dú)獯蹈傻玫礁籔d的多孔納米結(jié)構(gòu)材料(如圖2所示)；(3)將步驟(2)制得的富Pd的多孔納米結(jié)構(gòu)材料浸沒于PdCb與HC104混合溶液中，PdCl2的濃度為5.6mmoldnf3，HC104的濃度為0.1moldm—3,在l(TC下反應(yīng)8小時(shí)后取出，用去離子水沖洗，得到多孔納米鈀金屬催化劑。實(shí)施例3將本發(fā)明制得的多孔納米鈀金屬催化劑在酸性介質(zhì)中在不同電位下對(duì)四氯化碳和氯苯進(jìn)行電解后的脫氯效率如表1，其具體實(shí)施方法是在三電極體系中以多孔納米鈀為工作電極，鉬片為對(duì)電極，電解質(zhì)溶液為5~50mgL—1四氯化碳和0.5moldm—3H2S04的混合溶液或者5~50mgL"氯苯和0.5moldn^H2SO4的混合溶液，在表1所示不同電位下進(jìn)行恒電位電解。實(shí)驗(yàn)表明多孔納米鈀金屬催化劑對(duì)含氯有機(jī)物具有很好的降解效果。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求1、一種多孔納米鈀金屬催化劑，其特征是它為均勻的三維連續(xù)網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)。2、按照權(quán)利要求1所述的一種多孔納米鈀金屬催化劑，其特征是，其孔徑范圍為50200nrn，平均韌帶寬度為50nm55nm。3、按照權(quán)利要求1或2所述的多孔納米鈀金屬催化劑的制備方法，其特征是，包括以下步驟-(1)將Cu與Pd的合金薄片用砂紙進(jìn)行拋光，再將其洗凈吹干備用；(2)將經(jīng)歩驟(1)處理的合金薄片作為工作電極運(yùn)用在三電極體系中，在三電極體系的電解池中以室溫離子液體為電解質(zhì)，采用恒電位方法進(jìn)行選擇性腐蝕溶解銅，一段時(shí)間后取出溶解銅后的合金薄片，將其洗凈吹干得到富Pd的多孔納米結(jié)構(gòu)材料；(3)將步驟(2)制得的富Pd的多孔納米結(jié)構(gòu)材料浸入PdCl2與HC104的混合溶液中，使得其中殘余銅與貴金屬離子發(fā)生置換反應(yīng)，從而去除殘留銅原子，一段時(shí)間后取出，得到多孔納米鈀金屬催化劑。4、按照權(quán)利要求3所述的多孔納米鈀金屬催化劑的制備方法，其特征是，步驟(1)所述的Cu與Pd的合金為含有原子個(gè)數(shù)比Cu:Pd為75:25的合金，用的砂紙為3500目。5、按照權(quán)利要求3所述的多孔納米鈀金屬催化劑的制備方法，其特征是，步l窄(2)中所述的三電極體系以鉑片為對(duì)電極，純銅為參比電極，所述的室溫離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，選擇性腐蝕溶解銅的反應(yīng)時(shí)間為224小時(shí)，反應(yīng)溫度為1035°C，所用的電位范圍為0.5~1V。6、按照權(quán)利要求3所述的多孔納米鈀金屬催化劑的制備方法，其特征是，步驟(3)中PdCl2與HC104的混合溶液中PdCl2的濃度為5.6mmoldm'3，HC104的濃度為0.1moldm'3，置換反應(yīng)時(shí)間為1~10小時(shí)，反應(yīng)溫度為10~35°C。全文摘要本發(fā)明公開了一種多孔納米鈀金屬催化劑，它為均勻的三維連續(xù)網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu)，并通過將含有原子個(gè)數(shù)比Cu∶Pd為75∶25的合金薄片采用恒電位方法進(jìn)行選擇性腐蝕溶解銅，然后浸入PdCl₂與HClO₄混合溶液中發(fā)生置換反應(yīng)去除殘留銅原子制得。該種多孔納米鈀金屬催化劑的比表面積大，在催化應(yīng)用中催化活性大大提高，而且不需要基底負(fù)載，其制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本相對(duì)低廉。文檔編號(hào)B01J35/10GK101648150SQ200910017998公開日2010年2月17日申請(qǐng)日期2009年9月2日優(yōu)先權(quán)日2009年9月2日發(fā)明者孫媛媛,李文靜,邱翠翠,馬厚義,黃理輝申請(qǐng)人:山東大學(xué)