柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法

摘要

本发明公开了柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法，具体为：将Al丝、Cu丝和Pd丝置于丙酮溶液中，超声清洗，用酒精超声清洗，干燥，按一定配比将Al丝、Cu丝和Pd丝置于坩埚中，在氩气氛围保护下反复电弧熔炼，形成Al‑Cu‑Pd三元前驱合金锭，随后用切割机切成的薄片；最后将薄片浸泡在具有一定pH值的KOH溶液中，用去离子水清洗，室温下干燥，得到柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂。该方法制备出的柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂导电性好、柔韧性高、比表面积大、裁剪后可安装在不同形状的反应器中，同时具有大的活性反应位点区域、快速的反应动力学、高的催化活性和稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法。

背景技术

Pd催化剂对偶联反应、加氢、氧化、脱氢、加氢分解反应等显示出良好活性，有非常好的应用。鉴于近年来柔性电源设备发展势头迅猛，柔性Pd催化剂的研发引起了人们的广泛关注。

柔性Pd催化剂需在保持其催化性能良好的基础上，呈现出韧性好、可折叠、易剪裁、易回收等多重功效，主要制备方法有化学镀、电镀、浸渍法、溶胶凝胶法等，均是将贵金属Pd负载、电镀到柔性基体表面，使其呈现出具有催化活性的宏观柔性材料。但无论是化学镀还是电镀均很难使镀层厚度均匀一致，且工艺较复杂，成本高；而浸渍法和凝胶溶胶法能精确调控Pd的负载量，但分散性不好，易团聚，并且基材和Pd的结合力较弱，造成Pd颗粒易脱落。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法，解决了现有技术中活性物质与柔性基材结合力弱的问题。

本发明所采用的技术方案是，柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将Al丝、Cu丝和Pd丝共同置于丙酮溶液中，超声清洗，去除表面油污，然后用酒精超声清洗，干燥，备用；

步骤2，按一定配比将Al丝、Cu丝和Pd丝置于坩埚中，在氩气氛围保护下反复电弧熔炼，形成Al-Cu-Pd三元前驱合金锭，随后用切割机将其切成一定厚度的薄片；

步骤3，将步骤2所得薄片室温下浸泡在具有一定pH值的KOH溶液中，最后用去离子水清洗，室温下自然干燥，得到柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂。

本发明的特点还在于，

步骤1中，超声清洗的时间均为30min。

步骤2中，Al丝含量为30-70at.％；Cu丝含量为30-70at.％；Pd丝含量为0.1-5at.％。

步骤2中，薄片厚度为1mm-1cm。

步骤2中，电弧熔炼的工艺参数：电流为90-120A，加热温度为850-1000℃。

步骤3中，KOH溶液的pH值为9-14；浸泡时间为0.5-4h。

本发明的有益效果是，

该方法制备出的柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂导电性好、柔韧性高、比表面积大、裁剪后可安装在不同形状的反应器中，同时具有大的活性反应位点区域、快速的反应动力学、高的催化活性和稳定性，制备工艺过程简单、成分可精确调控、可大量生产，在保持高催化性能的条件下生产成本有效降低。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将Al丝、Cu丝和Pd丝共同置于丙酮溶液中，超声清洗，去除表面油污，然后用酒精超声清洗，干燥，备用；

其中，超声清洗的时间均为30min；

步骤2，按一定配比将Al丝、Cu丝和Pd丝置于坩埚中，在氩气氛围保护下反复电弧熔炼，形成Al-Cu-Pd三元前驱合金锭，随后用切割机将其切成一定厚度的薄片；

其中，Al丝含量为30-70at.％；Cu丝含量为30-70at.％；Pd丝含量为0.1-5at.％；薄片厚度为1mm-1cm；

电弧熔炼的工艺参数：电流为90-120A，加热温度为850-1000℃；

步骤3，将步骤2所得薄片室温下浸泡在具有一定pH值的KOH溶液中，最后用去离子水清洗，室温下自然干燥，得到柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂。

其中，KOH溶液的pH值为9-14；浸泡时间为0.5-4h。

本发明柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法，采用电弧熔炼法制备Al-Pd-Cu合金锭，将其切割成薄片后，室温下置于具有一定pH值的KOH溶液中一段时间，然后用去离子水清洗、干燥，直接得到柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂。通过这一简单制备方法将活性金属Pd、两种助催化剂(CuO和Cu)以及质轻、比表面积大、韧性好的泡沫结构完美的结合在一起，有效提高了Pd催化剂活性、降低了成本，拓宽了其在柔性器件领域的应用。

实施例1

本发明一种柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将Al丝、Cu丝和Pd丝共同置于丙酮溶液中，超声清洗，去除表面油污，然后用酒精超声清洗，干燥，备用；

其中，超声清洗的时间均为30min；

步骤2，按一定配比将Al丝、Cu丝和Pd丝置于坩埚中，在氩气氛围保护下反复电弧熔炼，形成Al-Cu-Pd三元前驱合金锭，随后用切割机将其切成一定厚度的薄片；

其中，Al含量为28at.％；Cu含量为70at.％；Pd含量为2at.％；薄片厚度为0.5cm；电弧熔炼的工艺参数：电流为90A，加热温度为850℃；

步骤3，将步骤2所得薄片室温下浸泡在具有一定pH值的KOH溶液中，最后用去离子水清洗，室温下自然干燥，得到柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂。

其中，KOH溶液的pH值为10；浸泡时间为4h。

实施例2

本发明一种柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将Al丝、Cu丝和Pd丝共同置于丙酮溶液中，超声清洗，去除表面油污，然后用酒精超声清洗，干燥，备用；

其中，超声清洗的时间均为30min；

步骤2，按一定配比将Al丝、Cu丝和Pd丝置于坩埚中，在氩气氛围保护下反复电弧熔炼，形成Al-Cu-Pd三元前驱合金锭，随后用切割机将其切成一定厚度的薄片；

其中，Al含量为31at.％；Cu含量为65at.％；Pd含量为4at.％；薄片厚度为1cm；电弧熔炼的工艺参数：电流为100A，加热温度为900℃；

步骤3，将步骤2所得薄片室温下浸泡在具有一定pH值的KOH溶液中，最后用去离子水清洗，室温下自然干燥，得到柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂。

其中，KOH溶液的pH值为11；浸泡时间为4h。

实施例3

本发明一种柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将Al丝、Cu丝和Pd丝共同置于丙酮溶液中，超声清洗，去除表面油污，然后用酒精超声清洗，干燥，备用；

其中，超声清洗的时间均为30min；

步骤2，按一定配比将Al丝、Cu丝和Pd丝置于坩埚中，在氩气氛围保护下反复电弧熔炼，形成Al-Cu-Pd三元前驱合金锭，随后用切割机将其切成一定厚度的薄片；

其中，Al含量为35at.％；Cu含量为60at.％；Pd含量为5at.％；薄片厚度为1cm；电弧熔炼的工艺参数：电流为120A，加热温度为1000℃；

步骤3，将步骤2所得薄片室温下浸泡在具有一定pH值的KOH溶液中，最后用去离子水清洗，室温下自然干燥，得到柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂。

其中，KOH溶液的pH值为13；浸泡时间为3h。

实施例4

本发明一种柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将Al丝、Cu丝和Pd丝共同置于丙酮溶液中，超声清洗，去除表面油污，然后用酒精超声清洗，干燥，备用；

其中，超声清洗的时间均为30min；

步骤2，按一定配比将Al丝、Cu丝和Pd丝置于坩埚中，在氩气氛围保护下反复电弧熔炼，形成Al-Cu-Pd三元前驱合金锭，随后用切割机将其切成一定厚度的薄片；

其中，Al含量为45at.％；Cu含量为50at.％；Pd含量为5at.％；薄片厚度为0.5cm；电弧熔炼的工艺参数：电流为110A，加热温度为850℃；

步骤3，将步骤2所得薄片室温下浸泡在具有一定pH值的KOH溶液中，最后用去离子水清洗，室温下自然干燥，得到柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂。

其中，KOH溶液的pH值为14；浸泡时间为1h。

实施例5

本发明一种柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将Al丝、Cu丝和Pd丝共同置于丙酮溶液中，超声清洗，去除表面油污，然后用酒精超声清洗，干燥，备用；

其中，超声清洗的时间均为30min；

步骤2，按一定配比将Al丝、Cu丝和Pd丝置于坩埚中，在氩气氛围保护下反复电弧熔炼，形成Al-Cu-Pd三元前驱合金锭，随后用切割机将其切成一定厚度的薄片；

其中，Al含量为60at.％；Cu含量为35at.％；Pd含量为5at.％；薄片厚度为0.5mm；电弧熔炼的工艺参数：电流为100A，加热温度为950℃；

步骤3，将步骤2所得薄片室温下浸泡在具有一定pH值的KOH溶液中，最后用去离子水清洗，室温下自然干燥，得到柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂。

其中，KOH溶液的pH值为9；浸泡时间为4h。

对实施例1-5中制备的柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂置于碱液中，进行电催化氧化甲醇，其催化活性数据，如表1所示，由表可知，本发明方法制备的催化剂，其催化氧化甲醇时活性均较高。

表1样品在碱液中电催化氧化甲醇的催化活性数据

柔性纳米Pd/CuO颗粒@泡沫Cu催化剂采用一步去合金技术将活性纳米Pd颗粒和作为助催化剂的纳米CuO颗粒同时原位生长在导电性好、柔韧性高、比表面积大、可起到助催化作用的泡沫Cu载体上。这种制备方法成本低，工艺简单，成分可精确调控，大可量生产。所制柔性催化剂材料成分均匀，Pd和CuO与基体的结合力强，不会轻易出现脱落现象，因韧性好，裁剪后可安装在不同形状的反应器中，活性反应位点区域大、动力学反应快、催化活性和稳定性高。