一种钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂及其制备方法，该催化剂是以铜钯双金属为催化活性组分，碳纳米管为载体，钛板为基底。制备步骤如下：分别对钛板和碳纳米管进行预处理；将处理后的钛板作为阳极，分散后的碳纳米管悬浮液作为沉积液，通过电泳作用将碳纳米管沉积到钛板上；以干燥后的钛基碳纳米管膜为载体，在含有铜钯两种金属元素的电镀液中，通过电化学还原同步沉积铜钯两种金属，得到钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂。本发明专利技术得到的钛基碳纳米管负载铜钯(Ti-CNT-CuPd)双金属催化剂具有高且稳定的电化学还原活性，可用作水体中硝酸根、溴酸根等离子的还原催化剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无机材料和纳米材料
，具体涉及一种催化材料及其制备方法，特别是一种具有高电化学还原特性的钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂及其制备方法。
技术介绍
由铸币金属(Cu、Ag、Au)及钼族金属(Pt、Pd、Ir、Rh、Ru)组成的双金属催化剂因其具有优异的电化学特性，在电化学领域，特别是电化学还原领域得到了广泛的研究。其中CuPd双金属电极因其催化活性高，催化选择性强，吸引了不少研究者。而碳纳米管作为一种重量轻、比表面积大、力学性能和电化学性能都非常优异的一维纳米材料，非常适合作为催化剂的载体材料。目前，已经有一些研究者尝试使用碳纳米管作为CuPd双金属催化剂的载体，并将其应用于水体中硝酸根的还原；但是他们普遍采用的是浸溃一干燥+H2还原这一传统的化学制备工艺，耗时长，成本高。本专利技术首次公开了利用电化学还原法将Cu和Pd同时沉积到负载在钛基碳纳米管上。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种采用电化学还原法得到的钛基碳纳米管负载铜钯双金属(T1-CNT-CuPd)催化剂，该催化剂具有高且稳定的电化学还原活性。本专利技术所述的钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂，其以铜钯双金属为催化活性组分，碳纳米管为载体，钛板为基底。上述钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂，其由以下步骤制备而成 O将碳纳米管置于浓硫酸与浓硝酸比例为3:1的混合浓酸中，60 70 1恒温超声 6 8 h，去离子水洗涤过滤，至滤液pH值为中性，低温干燥，得到功能基团化的碳纳米管材料；超声分散于去离子水中，得到碳纳米管溶液； 2)将钛板打磨至表面呈现出均一的浅灰色光泽；打磨后的钛板进行碱洗，除去表面油污；碱洗后的钛板进行酸洗，除去表面TiO2 ； 3)以步骤2)预处理后的钛板为阳极，Pt片为阴极，步骤I)处理后的碳纳米管悬浮液为电解液，在恒电压下进行沉积处理，得到的钛基碳纳米管水平放置，自然晾干备用； 4)以步骤3)得到的钛基碳纳米管为工作电极，Pt片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，以含Cu2+、Pd2+的NaCl溶液作为电镀液，在恒电压下进行沉积处理，得到的材料用超纯水冲洗，晾干后即得钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂。上述步骤I)使用的碳纳米管可以为单壁或多壁碳纳米管。进一步的，上述步骤2)中碱洗的过程是将打磨后的钛板浸入3(T50 wt% NaOH溶液中，7(T90 °C下碱洗广2 h，除去钛板表面油污；酸洗的过程是将碱洗后的钛板浸入1(Γ20wt%草酸溶液中于80 95 °C下酸洗2 4 h。上述步骤3)中阴阳极之间的电极间距为5 20 mm，沉积电压为1(Γ30 V，沉积时间为 2 20 min。上述步骤4)镀液中Cu2+和Pd2+的总浓度保持10 mM, Cu的浓度为x mM, Pd的浓度为(10-x) mM，其中O彡X彡10 ;镀液中NaCl的浓度为O. 5 M，沉积电压为-O. 5 -O. 8V，沉积时间为2 15 min。本专利技术还要求保护该催化剂在水体硝酸根及溴酸根去除中的应用。本专利技术与现有技术比较具有以下有益效果 将碳纳米管进行预处理，增加其表面官能团含量，以达到提高材料电化学活性。对钛板进行预处理，去除钛板表面的二氧化钛，增加基底的导电性。以碳纳米管作为铜钯双金属的 直接载体，充分利用了碳纳米管的机械性能好、比表面积高、电学性能好等特性，有效地改善了铜钯双金属催化剂直接沉积在钛板上团聚明显的现象，增加了金属催化剂的分散性，并且提高了材料的电催化活性。附图说明图1是钛基碳纳米管的SEM图。图2是合成的钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂的SEM图。图3是在有无碳纳米管的钛板上，在Cu2+、Pd2+均为5 mM的镀液中沉积5 min得到的催化剂对500 mg/L Ν03_-Ν的电化学响应。具体实施例方式以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1 1)取O.2 g碳纳米管置于浓硫酸与浓硝酸比例为3:1的混合浓酸中，60 1恒温超声8 h，去离子水洗涤过滤，至滤液pH值为中性，低温干燥，得到功能基团化的碳纳米管材料；超声分散于去离子水中，定容得到碳纳米管悬浮液100 mL,该悬浮液中碳纳米管浓度约为2mg/L ； 2)将钛板打磨至表面呈现出均一的浅灰色光泽；打磨后的钛板在70°C下使用50 wt%NaOH碱洗I h，除去表面油污；碱洗后的钛板在80 °C下使用20 wt%草酸酸洗2 h，除去表面 TiO2 ； 3)以步骤2)预处理后的钛板为阳极，Pt片为阴极，阴阳极之间的电极间距为5mm，步骤I)处理后的碳纳米管悬浮液为电解液，在恒电压10 V下沉积20 min，得到的钛基碳纳米管水平放置，自然晾干备用； 4)步骤3)得到的钛基碳纳米管为工作电极，Pt片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，以含Cu2+浓度为10 mM的O. 5 M NaCl溶液作为电镀液，在-O. 8 V恒电压下沉积15min，得到的材料用超纯水冲洗，晾干即可。 实施例2 I)取O. 2 g碳纳米管置于浓硫酸与浓硝酸比例为3:1的混合浓酸中，70 1恒温超声6h，去离子水洗涤过滤，至滤液pH值为中性，低温干燥，得到功能基团化的碳纳米管材料；超声分散于去离子水中，定容得到碳纳米管悬浮液100 mL,该悬浮液中碳纳米管浓度约为2mg/L ； 2)将钛板打磨至表面呈现出均一的浅灰色光泽；打磨后的钛板在90°C下使用30 wt%NaOH碱洗2 h，除去表面油污；碱洗后的钛板在95 °C下使用10 wt%草酸酸洗4 h，除去表面 TiO2 ； 3)以步骤2)预处理后的钛板为阳极，Pt片为阴极，阴阳极之间的电极间距为20mm,步骤I)处理后的碳纳米管悬浮液为电解液，在恒电压30 V下沉积2 min，得到的钛基碳纳米管水平放置，自然晾干备用； 4)步骤3)得到的钛基碳纳米管为工作电极，Pt片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，以含Pd2+浓度为10 mM的O. 5 M NaCl溶液作为电镀液，在-O. 5 V恒电压下沉积2 min,得到的材料用超纯水冲洗，晾干即可。 实施例3 1)取O.2 g碳纳米管置于浓硫酸与浓硝酸比例为3:1的混合浓酸中，65 1恒温超声7h，去离子水洗涤过滤，至滤液pH值为中性，低温干燥，得到功能基团化的碳纳米管材料；超声分散于去离子水中，定容得到碳纳米管悬浮液100 mL,该悬浮液中碳纳米管浓度约为2mg/L ； 2)将钛板打磨至表面呈现出均一的浅灰色光泽；打磨后的钛板在80°C下使用40 wt%NaOH碱洗1. 5 h，除去表面油污；碱洗后的钛板在90 °C下使用15 wt%草酸酸洗3 h，除去表面TiO2 ； 3)以步骤2)预处理后的钛板为阳极，Pt片为阴极，阴阳极之间的电极间距为15mm,步骤I)处理后的碳纳米管悬浮液为电解液，在恒电压15 V下沉积10 min，得到的钛基碳纳米管水平放置，自然晾干备用； 4)步骤3)得到的钛基碳纳米管为工作电极，Pt片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，以含Pd2+、Cu2+浓度均为5 mM的O. 5 M NaCl溶液作为电镀液，在-O. 6 V恒电压下沉积10 min，得到的材料用超纯水冲洗，晾干即可。按照上述方法制备的钛基碳纳米管负载铜钯双本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂，其特征在于由以下步骤制备而成：1）将碳纳米管置于浓硫酸与浓硝酸比例为3:1的混合浓酸中，60~70?℃恒温超声6～8?h，去离子水洗涤过滤，至滤液pH值为中性，低温干燥，得到功能基团化的碳纳米管材料；超声分散于去离子水中，得到碳纳米管溶液；2）将钛板打磨至表面呈现出均一的浅灰色光泽；打磨后的钛板进行碱洗，除去表面油污；碱洗后的钛板进行酸洗，除去表面TiO2；3）以步骤2）预处理后的钛板为阳极，Pt片为阴极，步骤1）处理后的碳纳米管悬浮液为电解液，在恒电压下进行沉积处理，之后将得到的钛基碳纳米管水平放置，自然晾干备用；4）以步骤3）得到的钛基碳纳米管为工作电极，Pt片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，以含Cu2+、Pd2+的NaCl溶液作为电镀液，在恒电压下进行沉积处理，得到的材料用超纯水冲洗，晾干后即得钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂，其特征在于由以下步骤制备而成 1)将碳纳米管置于浓硫酸与浓硝酸比例为3:1的混合浓酸中，6(Γ701恒温超声6 8 h，去离子水洗涤过滤，至滤液pH值为中性，低温干燥，得到功能基团化的碳纳米管材料；超声分散于去离子水中，得到碳纳米管溶液； 2)将钛板打磨至表面呈现出均一的浅灰色光泽；打磨后的钛板进行碱洗，除去表面油污；碱洗后的钛板进行酸洗，除去表面TiO2 ； 3)以步骤2)预处理后的钛板为阳极，Pt片为阴极，步骤I)处理后的碳纳米管悬浮液为电解液，在恒电压下进行沉积处理，之后将得到的钛基碳纳米管水平放置，自然晾干备用； 4)以步骤3)得到的钛基碳纳米管为工作电极，Pt片为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，以含Cu2+、Pd2+的NaCl溶液作为电镀液，在恒电压下进行沉积处理，得到的材料用超纯水冲洗，晾干后即得钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂。2.根据权利要求1所述的钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂，其特征在于步骤I)使用的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管。3.根据权利要求1所述的钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂，其特征在于步骤2)中碱洗的过程是将打磨后的钛板浸入3(T50 wt% NaOH溶液中，7(T90 °C下碱洗1 2 h，除去钛板表面油污；酸洗的过程是将碱洗后的钛板浸入1(T20 wt%草酸溶液中于8(T95 °C下酸洗2 4 h。4.根据权利要求1所述的钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂，其特征在于步骤3)中阴阳极之间的电极间距为5 20 mm，沉积电压为1(Γ30 V，沉积时间为疒20 min。5.根据权利要求1所述的钛基碳纳米管负载铜钯双金属催化剂，其特征在于步骤4)镀液中Cu2+和Pd2+的总浓度保持10 mM,Cu的浓度为x mM,Pd的浓度为(10_x) mM，其中O (X ^ 10 ;镀液中NaCl的浓度为O. 5 M，沉积电压为-O. 5^-0. 8 V，沉积时间为2 1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琴，张秋，丁亮，崔皓，安浩，钱言，李保菊，翟建平，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：