炭载氧化钯电催化剂
随着石油、煤炭、天然气等自然资源的开发和消耗，人类社会面临能源短缺、生存环境恶化等严重问题。汽车作为人类社会文明的象征，消耗了大量的石油，给人类带来了便利的同时，严重污染了环境。数十年来科研工作者一直在寻找清洁、可持续应用的能源，开发新能源汽车。燃料电池是新能源汽车最为理想的动力电源，然而由于燃料电池正极所用关键材料——氧还原反应电催化剂的研究尚不能达到规模化推广的要求。具体来说目前开发的性能良好的氧还原反应催化剂均是钼基催化剂，即Pt及其合金，由于Pt属于贵重稀缺金属、价格昂贵、资源不足，严重制约了燃料电池的应用与开发。为解决这个问题，研究者对非钼系氧还原反应电催化剂进行了大量研究，例如过渡金属Co、Ni等与有机环状分子的配合物、含氮炭载过渡金属(Fe、Co等)氧化物、锰氧化物、钙钛矿结构的金属氧化物、非钼贵金属如Pd、Ag等。由于金属Pd对氧还原反应的催化活性和稳定性最接近金属Pt，且成本较低，作为氧还原反应催化材料，具有工业化应用前景。目前，传统工艺制备钯基催化剂主要是先制备催化剂粒子，再担载到高比表面的载体炭表面，该方法制备的催化剂粒子较易脱落，稳定性较差；另一方面，所制备的氧还原反应钯基催化剂主要是金属态的，金属态钯在含氧的阴极条件下易氧化，而氧化态的钯因活性较差而很少受到关注。
本文要解决的技术问题是克服现有技术的不足，通过原位合成技术提供一种全新的具有高催化活性的氧化钯催化剂及其制备方法:即在原位合成的前驱体炭载纳米Μη304表面，通过溶解Μη304—沉积PdO的工艺，合成具有高催化活性和稳定性的炭载氧化钯氧还原反应电催化剂。具体的实施方案为：
1)将经过硝酸回流5-8小时活化处理过的干燥纳米碳粉超声分散于去离子水中，得到碳粉分散液；再将ΚΜη04加入碳粉分散液中，在水浴下搅拌、过滤、去离子水洗涤、干燥、氮气气氛中热处理后，在氮气保护下自然冷却到室温，得到炭载纳米Μη304前驱体；
2)将炭载纳米Μη304前驱体分散于去离子水中，超声分散均匀后，加入PdCl2水溶液，水浴温度下搅拌后过滤，去离子水洗涤，70-80°C下真空干燥6-8小时，得到炭载氧化钯氧还原反应电催化剂。
本文通过原位合成的方法克服了直接将钯基催化剂活性粒子沉积在活性炭表面等传统工艺所制备的催化剂易脱落、稳定性差等缺点，同时催化剂的稳定性得到提闻;克服了传统Pt基贵金属催化剂价格昂贵以及金属态Pd纳米催化剂在含氧气的阴极环境中易氧化、性能不够理想等缺点，所合成的炭载氧化钯氧还原反应电催化剂价格低廉，碱性介质中催化活性高于商业化炭载金属态Pt及Pd催化剂，同时避免进一步氧化，从而使催化稳定性得到提高；所涉及的炭载氧化钯氧还原反应电催化剂的合成方法具有工艺简单、条件易于控制、便于规模化生产以及安全环保等特点。