CN112133930A - 一种ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂的制备方法 - Google Patents
一种ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112133930A CN112133930A CN202010984609.2A CN202010984609A CN112133930A CN 112133930 A CN112133930 A CN 112133930A CN 202010984609 A CN202010984609 A CN 202010984609A CN 112133930 A CN112133930 A CN 112133930A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- zif
- solution
- product
- methanol
- prepared
- 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
Images
Classifications
-
- 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
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
-
- 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
-
- 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
- H01M2004/8678—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
- H01M2004/8689—Positive electrodes
-
- 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
Abstract
本发明提供一种ZIF‑8衍生的Pd‑N‑C氧还原电催化剂的制备方法,将Zn(NO3)2•6H2O加入到甲醇中,得到的混合溶液记为A;然后将二甲基咪唑加入到甲醇中,得到混合溶液记为B;然后在剧烈搅拌下将溶液A加入到溶液B中,室温反应;洗涤,真空干燥,产物为ZIF‑8;将产物加入甲醇,超声分散后,将氯钯酸钠加入剧烈搅拌,离心洗涤,真空干燥,得到Pd/Zn ZIF;将制备的Pd/Zn ZIF分散到缓冲溶液,将聚多巴胺快速加入,搅拌后离心洗涤,真空干燥,得到产物记作Pd/Zn@PDA ZIF;在氮气氛围加热保温,得到产物记为Pd‑N‑C。制备的催化剂具有较好的导电性和优越的稳定性,有望于取代商业铂碳。
Description
技术领域
本发明涉及一种ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂的制备方法,属于电催化中非贵金属催化剂技术领域。
背景技术
全球化石燃料的大量使用导致了一系列的环境问题,燃料电池作为新型能源转化装置,其中氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)是其重要的阴极反应。氧气在空气中的含量比较高(21%),因此可以直接使用空气作为阴极反应所需氧气的来源。然而ORR效率较低,限制了燃料电池高效能量转化。目前商业铂碳是公认的性能最好的催化剂,然而它因储量稀少而价格昂贵,同时由于其稳定性差、易中毒的缺点限制了它的实际应用。
为了降低催化剂的成本,在保持高ORR催化活性前提下,降低Pt的使用量或者用其他非贵金属来代替Pt,是目前普遍采用的方法。在燃料电池的研究和开发中,探索非贵过渡金属纳米催化剂来取代贵金属催化剂成为ORR催化剂研究的热点。由于具有活性位点的高利用率,优越的导电性,金属位点与基体的协调作用,过渡金属-氮-碳(M-N-C)电催化剂(M=Au,Pd,Fe,Co,Ni等)被认为是最有前途的商业铂碳候选电催化剂。
发明内容
针对上述问题,用氯钯酸钠作为Pd源,以2-甲基咪唑锌盐MAF-4(ZIF-8)作为前驱体和模板制备了形貌清晰的三维多孔Pd-N-C氧还原电催化剂。得到的Pd-N-C催化剂在碱性条件中半波电位为0.75 V(vs RHE),性能接近于商业铂碳。另外,我们制备的催化剂具有较好的导电性和优越的稳定性,有望于取代商业铂碳。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂的制备方法,将Zn(NO3)2•6H2O加入到甲醇中,得到的混合溶液记为A;然后将二甲基咪唑加入到甲醇中,得到混合溶液记为B;然后在剧烈搅拌下快速将溶液A加入到溶液B中,室温反应;将得到的产物离心洗涤数次,70 ℃真空干燥一晚,产物为ZIF-8;将产物加入甲醇,超声分散后,将氯钯酸钠加入剧烈搅拌,离心洗涤,真空干燥,得到Pd/Zn ZIF;准备缓冲溶液,将制备的Pd/Zn ZIF分散到缓冲溶液中并超声分散,然后在剧烈搅拌下将聚多巴胺快速加入,搅拌后离心洗涤,真空干燥,得到产物记作Pd/Zn@PDA ZIF;将上述的产物转移至瓷舟放置于管式炉中,在氮气氛围加热保温,得到产物记为Pd-N-C。
优选地,所述的混合溶液A为1.68 g Zn(NO3)2•6H2O加入到20 mL甲醇中得到,混合溶液B为4.00 g二甲基咪唑加入到60 mL甲醇中得到。
优选地,所述的所述的溶液A加入到溶液B后室温反应24 h;所述的加热保温得条件为:在氮气氛围以每秒5 ℃的升温速率加热至950 ℃保温8h。
优选地,所述的ZIF-8与氯钯酸钠、聚多巴胺的质量比为200:17.3:100。
优选地,所述的缓冲溶液为Tris,浓度为10Mm,pH=8.5。
本发明还提供了上述所述制备方法制备的ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂。
本发明还提供了Pd-N-C氧还原电催化剂在新型能源装置中的应用。
有益效果
本发明公开了一种ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂的制备方法,(1)该方法制备过程简单、无污染、原料丰富且价格低廉。(2)该方法制备得到的电催化剂具由较高的半坡电势,优越的抗甲醇毒化能力,较高的稳定性。(3)催化性能接近商业铂碳,有望于取代商业铂碳,对非贵金属材料的氧还原研究可为新型能源装置的应用提供参考。
附图说明
图1 不同标尺下Pd-N-C的TEM图像(A)100nm标尺(B)(C)50nm标尺;
图2 (A)制备的Pd-N-C催化剂在在N2/O2中的CV曲线;(B)制备的Pd-N-C催化剂在0.1 MKOH溶液中不同扫速下的ORR极化曲线;(C)制备的Pd-N-C催化剂的稳定性测试。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
(1)Pd-N-C电催化剂的制备及表征:将1.68 g Zn(NO3)2•6H2O加入到20 mL甲醇中,得到的混合溶液记为A;然后将4.00 g二甲基咪唑加入到60 mL甲醇中,得到混合溶液记为B;然后在剧烈搅拌下快速将溶液A加入到溶液B中,室温反应24 h;最后将得到的产物离心洗涤数次,70℃真空干燥一晚,所得产物为ZIF-8;取200mg刚制得的ZIF-8加入到50mL甲醇中并超声分散20分钟,将17.3 mg氯钯酸钠加入到上述溶液中并剧烈搅拌,12h后用上面同样方法离心洗涤,真空干燥,得到Pd/Zn ZIF;准备缓冲溶液(10Mm,PH=8.5),将制备的Pd/Zn ZIF分散到50mL缓冲溶液中并超声分散20分钟,然后在剧烈搅拌下将100 mg聚多巴胺(PDA)快速加入,搅拌12h后离心洗涤,真空干燥,得到产物记作Pd/Zn@PDA ZIF;将上述的产物转移至瓷舟放置于管式炉中,在氮气氛围以每秒5 ℃的升温速率加热至950 ℃保温8 h,得到产物记为Pd-N-C。从TEM图像看出,得到的催化剂在高温热解后维持了其正十二面体结构的框架,Pd元素在掺杂后形成了均匀分布的Pd纳米颗粒。图1不同标尺下Pd-N-C的TEM图像(A)100nm标尺(B)(C)50nm标尺。
(2)电化学氧还原测试:所有的电化学测试都是在常规的三电极***中在CHI 660电化学站的室温下进行的。旋转圆盘电极(RDE)、饱和甘汞电极(SCE)和石墨棒分别作为工作电极、参比电极和对电极。循环伏安测试(CV)和线性扫描测试(LSV)都是在饱和N2或O2 的0.1M KOH电解质中进行的。CV和LSV的扫描速率分别为50 mV s-1和10 mV s-1。
图2(A)制备的Pd-N-C催化剂在在N2/O2中的CV曲线;(B)制备的Pd-N-C催化剂在0.1M KOH溶液中不同扫速下的ORR极化曲线;(C)制备的Pd-N-C催化剂的稳定性测试。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂的制备方法,其特征在于,将Zn(NO3)2•6H2O加入到甲醇中,得到的混合溶液记为A;然后将二甲基咪唑加入到甲醇中,得到混合溶液记为B;然后在剧烈搅拌下快速将溶液A加入到溶液B中,室温反应;将得到的产物离心洗涤数次,70 ℃真空干燥一晚,产物为ZIF-8;将产物加入甲醇,超声分散后,将氯钯酸钠加入剧烈搅拌,离心洗涤,真空干燥,得到Pd/Zn ZIF;准备缓冲溶液,将制备的Pd/Zn ZIF分散到缓冲溶液中并超声分散,然后在剧烈搅拌下将聚多巴胺快速加入,搅拌后离心洗涤,真空干燥,得到产物记作Pd/Zn@PDA ZIF;将上述的产物转移至瓷舟放置于管式炉中,在氮气氛围加热保温,得到产物记为Pd-N-C。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的混合溶液A为1.68 g Zn(NO3)2•6H2O加入到20 mL甲醇中得到,混合溶液B为4.00 g二甲基咪唑加入到60 mL甲醇中得到。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的所述的溶液A加入到溶液B后室温反应24 h;所述的加热保温得条件为:在氮气氛围以每秒5 ℃的升温速率加热至950 ℃保温8h。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的ZIF-8与氯钯酸钠、聚多巴胺的质量比为200:17.3:100。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的缓冲溶液为Tris,浓度为10Mm,pH=8.5。
6.一种权利要求1-5之一所述制备方法制备的ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂。
7.一种权利要求6所述的ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂在新型能源装置中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010984609.2A CN112133930B (zh) | 2020-09-18 | 2020-09-18 | 一种ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010984609.2A CN112133930B (zh) | 2020-09-18 | 2020-09-18 | 一种ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112133930A true CN112133930A (zh) | 2020-12-25 |
CN112133930B CN112133930B (zh) | 2021-08-10 |
Family
ID=73842361
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010984609.2A Active CN112133930B (zh) | 2020-09-18 | 2020-09-18 | 一种ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112133930B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113555571A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-10-26 | 陕西师范大学 | 一种MgPtC0.06H0.32/Ti,N-C纳米长方体及其制备方法和应用 |
CN113903928A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-01-07 | 三峡大学 | 一种Sb/NC电催化剂的制备方法及应用 |
CN114300691A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-04-08 | 华中师范大学 | 中自旋铁单原子催化剂的制备和应用 |
CN115411276A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-11-29 | 陕西科技大学 | 用于氧还原反应的核壳纳米笼电催化剂的制备方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106374119A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-02-01 | 江苏大学 | 通过多巴胺自聚合制备负载型钯碳催化剂的方法及用途 |
CN108963279A (zh) * | 2018-07-11 | 2018-12-07 | 中国科学院上海高等研究院 | 氮掺杂碳微球/Pd复合催化剂及其制备方法和应用 |
CN109360993A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-02-19 | 南昌航空大学 | 一种以ZIF-8为基底掺杂铁原子的Fe-N/C-20的合成方法 |
CN110649273A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-01-03 | 华南理工大学 | 一种合成小尺寸高分散金属间化合物催化剂材料的方法及应用 |
CN110661008A (zh) * | 2019-10-11 | 2020-01-07 | 南京航空航天大学 | 一种金属空气电池用双金属活性的单原子催化剂及其制备方法、金属空气电池 |
CN110752380A (zh) * | 2019-09-10 | 2020-02-04 | 东南大学 | 一种ZIF-8衍生的中空Fe/Cu-N-C型氧还原催化剂及其制备方法和应用 |
CN111092234A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-05-01 | 东南大学 | 一种高性能氧还原催化剂的制备方法 |
CN111617793A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-09-04 | 武汉理工大学 | 一种Fe-N-C碳基氧还原催化材料及其制备方法和应用 |
-
2020
- 2020-09-18 CN CN202010984609.2A patent/CN112133930B/zh active Active
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106374119A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-02-01 | 江苏大学 | 通过多巴胺自聚合制备负载型钯碳催化剂的方法及用途 |
CN108963279A (zh) * | 2018-07-11 | 2018-12-07 | 中国科学院上海高等研究院 | 氮掺杂碳微球/Pd复合催化剂及其制备方法和应用 |
CN109360993A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-02-19 | 南昌航空大学 | 一种以ZIF-8为基底掺杂铁原子的Fe-N/C-20的合成方法 |
CN110752380A (zh) * | 2019-09-10 | 2020-02-04 | 东南大学 | 一种ZIF-8衍生的中空Fe/Cu-N-C型氧还原催化剂及其制备方法和应用 |
CN110649273A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-01-03 | 华南理工大学 | 一种合成小尺寸高分散金属间化合物催化剂材料的方法及应用 |
CN110661008A (zh) * | 2019-10-11 | 2020-01-07 | 南京航空航天大学 | 一种金属空气电池用双金属活性的单原子催化剂及其制备方法、金属空气电池 |
CN111092234A (zh) * | 2019-12-04 | 2020-05-01 | 东南大学 | 一种高性能氧还原催化剂的制备方法 |
CN111617793A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-09-04 | 武汉理工大学 | 一种Fe-N-C碳基氧还原催化材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
SHUAISHUAI DING, CHUNHUA ZHANG, YEFEI LIU等: "Selective hydrogenation of phenol to cyclohexanone in water over Pd@N-doped carbons derived from ZIF-67: Role of dicyandiamide", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 * |
ZHIYUAN QI,YUCHEN PEI,TIAN WEI GOH: "Conversion of confined metal@ZIF-8 structures to intermetallic nanoparticles supported on nitrogen-doped carbon for electrocatalysis", 《NANO RESEARCH》 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113555571A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-10-26 | 陕西师范大学 | 一种MgPtC0.06H0.32/Ti,N-C纳米长方体及其制备方法和应用 |
CN113903928A (zh) * | 2021-09-01 | 2022-01-07 | 三峡大学 | 一种Sb/NC电催化剂的制备方法及应用 |
CN113903928B (zh) * | 2021-09-01 | 2022-12-20 | 三峡大学 | 一种Sb/NC电催化剂的制备方法及应用 |
CN114300691A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-04-08 | 华中师范大学 | 中自旋铁单原子催化剂的制备和应用 |
CN114300691B (zh) * | 2021-11-17 | 2023-11-10 | 华中师范大学 | 中自旋铁单原子催化剂的制备和应用 |
CN115411276A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-11-29 | 陕西科技大学 | 用于氧还原反应的核壳纳米笼电催化剂的制备方法 |
CN115411276B (zh) * | 2022-09-20 | 2023-10-20 | 陕西科技大学 | 用于氧还原反应的核壳纳米笼电催化剂的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112133930B (zh) | 2021-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112133930B (zh) | 一种ZIF-8衍生的Pd-N-C氧还原电催化剂的制备方法 | |
CN108242549B (zh) | 一种viii族单原子分散的催化剂及其制备方法 | |
CN112062128B (zh) | 一种基于农作物秸秆的氮掺杂多孔碳材料的制备方法及其应用 | |
CN112133929B (zh) | 一种ZIF-8衍生的Au-N-C氧还原电催化剂的制备方法 | |
CN111261883B (zh) | 一种离子液体功能化氧化石墨烯负载纳米四氧化三钴复合材料的制备方法及应用 | |
CN107694581B (zh) | 杂原子掺杂的多孔碳包覆磷化亚铜复合型催化剂的应用 | |
CN107799779B (zh) | 用于直接甲酸燃料电池的铱单原子催化剂及其制备方法 | |
CN111799477B (zh) | 一种负载钴的多孔碳复合石墨烯电催化剂的制备方法与应用 | |
CN111682223A (zh) | 一种原位合成氮掺杂碳片担载(Co,Ni,Fe)纳米颗粒电催化剂的制备 | |
CN113699553B (zh) | 一种负载型多孔n掺杂碳纳米材料及制备方法和应用 | |
CN109759066B (zh) | 一种硼掺杂石墨烯负载的钴镍双金属氧化物析氧催化剂的制备方法 | |
CN111138675B (zh) | 一种含硫非贵金属盐掺杂的空心纳米金属有机框架材料及其制备方法和应用 | |
CN111957336A (zh) | 一种ZIF-8衍生的Fe-N-C氧还原电催化剂的制备方法 | |
CN111054408A (zh) | 一种多孔镍钼基纳米片双功能电催化剂的制备方法 | |
CN109524679A (zh) | 一种高效电催化甲醇氧化燃料电池催化剂及其制备方法 | |
CN112436158A (zh) | 一种醇类燃料电池的阳极催化剂 | |
CN111326745B (zh) | 一种二维锌单原子/碳氮复合材料及其制备方法和应用 | |
CN114293200A (zh) | 一种多孔碳负载非晶态/晶态钌基高效析氢催化剂及其制备与应用 | |
CN110350213A (zh) | 高效PtRu/C双功能燃料电池阳极催化剂及其制备方法 | |
CN112054221B (zh) | 一种zif8-石墨烯基负载铑的气凝胶催化剂的制备方法和应用 | |
CN112138697A (zh) | 一种锰氮共掺杂碳纳米片电催化剂的制备方法与应用 | |
CN108565474B (zh) | 一种具有优异电催化氧还原性能的铁负载的氮掺杂多孔碳材料的合成方法 | |
CN112259750B (zh) | 一种聚离子液体功能化的钴氮负载泡沫镍复合材料的制备方法和应用 | |
CN113186566A (zh) | 一种金属有机框架与石墨烯复合材料的制备与析氢应用 | |
CN112331863A (zh) | 一种非贵金属氧还原电催化剂w/n/c及其制备方法 |
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 |