一种Pt/改性聚苯胺复合纳米材料的制备制造技术

本发明专利技术属于燃料电池领域，尤其是一种对甘油的电催化氧化的新型Pt/改性聚苯胺催化剂。本发明专利技术针对Pt催化材料资源有限且价格高昂的缺点，提供一种新型Pt/改性聚苯胺的制备方法。本发明专利技术是以价格低廉的ATP为模板制备了聚苯胺/ATP，然后用HF溶解ATP，形成改性聚苯胺，采用循环伏安法制备Pt/改性聚苯胺复合纳米材料。本发明专利技术制备性能优异的Pt基催化剂载体：改性聚苯胺，用电化学法制备Pt/改性聚苯胺复合纳米材料用于对甘油的催化中，提高其催化效果和稳定性，其复合材料在燃料电池方面有着潜在的应用前景。

Preparation of Pt/ modified polyaniline composite nanomaterials

The invention belongs to the field of fuel cells, in particular to a novel Pt/modified polyaniline catalyst for electrocatalytic oxidation of glycerol. In view of the shortcomings of limited resources and high price of Pt catalytic material, the invention provides a novel preparation method of Pt/modified polyaniline. The polyaniline/ATP is prepared by using cheap ATP as template, and then dissolved with HF to form modified polyaniline. Pt/modified polyaniline composite nanomaterials are prepared by cyclic voltammetry. The PT-based catalyst carrier with excellent performance prepared by the invention is modified polyaniline, and the Pt/modified polyaniline composite nanometer material prepared by electrochemical method is used for catalyzing glycerol to improve its catalytic effect and stability. The composite material has a potential application prospect in fuel cell.

【技术实现步骤摘要】
一种Pt/改性聚苯胺复合纳米材料的制备
本专利技术涉及了一种对甘油的电催化氧化性能优异的Pt/改性聚苯胺催化剂。
技术介绍
燃料电池是一种高效的、清洁的能源技术，有着很广阔的应用前景。直接醇类燃料电池作为能够将直接化学能转换成电能，无需充电，只要提供足够的燃料，就可以不断产生电能的一种环境友好型的能源利用技术，因此有着十分广泛的应用前景。直接醇类燃料电池使用的燃料为甲醇，具有挥发性、毒性，然而乙醇、多羟基醇类及其衍生物的毒性相对较低，沸点较高且难挥发，因此甘油也能直接用作直接醇类燃料电池的燃料使用。与甲醇相比，甘油具有低毒性、来源广泛、安全环保等优点。另一方面，甘油拥有伯位和仲位两种羟基官能团，是高功能化的官能团，在一定的条件和催化剂作用下，甘油极易发生氧化，氧化产物是拥有高附加值的精细化工产品。当前，对燃料电池的研究集中在开发成本低、催化性能高、寿命长的阳极催化剂。而因Pt催化材料资源有限且价格高昂，从而阻碍了其在燃料电池中的商业化的应用。因此，降低Pt的载量、提高Pt的利用率、催化性能以及稳定性，开发一种性能更加优异的阳极催化剂材料仍然是燃料电池现在的研究目标。
技术实现思路
由于聚苯胺分子链刚性很大，力学性能较差、不溶于一般的有机溶剂、流变性差等缺点，使聚苯胺很难使用传统的成型加工方法，这严重阻碍了其在各个领域的应用。本专利技术是以ATP为模板制备了聚苯胺/ATP，然后用HF溶解ATP，形成改性聚苯胺。制备的改性聚苯胺具有很大的比表面积和多孔结构。经研究发现，通过复合改性技术制备的改性聚苯胺，不仅能明显改善其导电性能，而且提高了其机械延展性、热稳定性和加工性能等。本专利技术的一种Pt/改性聚苯胺复合纳米材料是按以下步骤进行：一、取苯胺1.12mL，溶于31mL0.5mol/L质子酸溶液中，再加入一定量的凹凸棒土和0.5g十二烷基苯磺酸钠于苯胺溶液中；称取过硫酸铵2.84g，溶于31mL0.5mol/L质子酸溶液中；在搅拌状态下，将过硫酸铵用滴液漏斗缓慢滴加到苯胺溶液中(约每3s一滴)。滴加完毕之后，保持反应温度为0℃，连续搅拌，反应8h之后停止搅拌，静置过夜。抽滤，抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤，最终洗涤至滤液呈无色，在烘箱中60℃干燥24h，研磨成粉末，收集产物HCl-PANI/ATP；二、分别称取不同比例的HCl-PANI/ATP0.8g，在搅拌状态下分别加入到HF酸溶液中去除模板ATP(m复合材料：mHF酸＝1:5)，去模板一定的时间。抽滤，先用去离子水洗涤至滤液呈无色，再用无水乙醇洗涤至滤液呈无色，在烘箱中60℃干燥24h，研磨成粉末，收集产物改性聚苯胺；三、将制备好的改性聚苯胺放入玛瑙研钵中研磨1h，称取3.8mg改性聚苯胺，配置成1mg/mL的溶液。分别取1.35mLH2SO4溶液(18.4mol/L)和2.5mLH2PtCl6溶液(20mg/mL)在50mL容量瓶中配制成溶液。用微量移液器移取10μL改性聚苯胺溶液(1mg/mL)滴到玻碳电极上，自然晾干，使用电化学的方法将Pt纳米颗粒沉积到改性聚苯胺修饰电极上。本专利技术所取得的积极进步效果在于：(1)尽管ATP自身不导电，但其在酸性溶液中表面会产生大量羟基，从而能够吸引一部分的An+。当反应引发以后，吸附在ATP表面上的An+以及游离在溶液中的An单体聚合形成PANI，同时溶液中的Cl—掺杂到PANI链上，能够有效的促进链的伸展增加了材料的导电性。(2)棒状结构的ATP可以互相搭接构成网状结构，使PANI包覆在ATP的表面能够形成导电通路，增加了材料在微观上的空间有序性。(3)随着ATP晶束的增加，改性聚苯胺的孔径也增加，改性聚苯胺的孔容也逐渐增加，比表面积也增加。(4)经过测试，最佳制备条件在质子酸为盐酸、m(An)：m(ATP)＝1:3、去模板的反应时间为11h时，制备的改性聚苯胺(1:3)的电化学活性最好。附图说明图1中(A，B)为改性聚苯胺(1:3)扫描电镜和透射电镜图，(C)为Pt/改性聚苯胺(1:3)扫描电镜,(D)为Pt/改性聚苯胺(1:3)的EDS能谱具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种Pt/改性聚苯胺复合纳米材料是按以下步骤进行：一、取苯胺1.12mL，溶于31mL0.5mol/L质子酸溶液中，再加入一定量的凹凸棒土和0.5g十二烷基苯磺酸钠于苯胺溶液中；称取过硫酸铵2.84g，溶于31mL0.5mol/L质子酸溶液中；在搅拌状态下，将过硫酸铵用滴液漏斗缓慢滴加到苯胺溶液中(约每3s一滴)。滴加完毕之后，保持反应温度为0℃，连续搅拌，反应8h之后停止搅拌，静置过夜。抽滤，抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤，最终洗涤至滤液呈无色，在烘箱中60℃干燥24h，研磨成粉末，收集产物HCl-PANI/ATP；二、分别称取不同比例的HCl-PANI/ATP0.8g，在搅拌状态下分别加入到HF酸溶液中去除模板ATP(m复合材料：mHF酸＝1:5)，去模板一定的时间。抽滤，先用去离子水洗涤至滤液呈无色，再用无水乙醇洗涤至滤液呈无色，在烘箱中60℃干燥24h，研磨成粉末，收集产物改性聚苯胺；三、将制备好的改性聚苯胺放入玛瑙研钵中研磨1h，称取3.8mg改性聚苯胺，配置成1mg/mL的溶液。分别取1.35mLH2SO4溶液(18.4mol/L)和2.5mLH2PtCl6溶液(20mg/mL)在50mL容量瓶中配制成溶液。用微量移液器移取10μL改性聚苯胺溶液(1mg/mL)滴到玻碳电极上，自然晾干，使用电化学的方法将Pt纳米颗粒沉积到改性聚苯胺修饰电极上。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一质子酸为盐酸。其他与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一m(An)：m(ATP)为1:3。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：步骤二去模板时间为11h。通过以下实施例和对比例具体说明一种Pt/改性聚苯胺复合纳米材料：实施例一：一、取苯胺1.12mL，溶于31mL0.5mol/L质子酸溶液中，再加入一定量的凹凸棒土和0.5g十二烷基苯磺酸钠于苯胺溶液中；称取过硫酸铵2.84g，溶于31mL0.5mol/L质子酸溶液中；在搅拌状态下，将过硫酸铵用滴液漏斗缓慢滴加到苯胺溶液中(约每3s一滴)。滴加完毕之后，保持反应温度为0℃，连续搅拌，反应8h之后停止搅拌，静置过夜。抽滤，抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤，最终洗涤至滤液呈无色，在烘箱中60℃干燥24h，研磨成粉末，收集产物HCl-PANI/ATP；二、分别称取不同比例的HCl-PANI/ATP0.8g，在搅拌状态下分别加入到HF酸溶液中去除模板ATP(m复合材料：mHF酸＝1:5)，去模板一定的时间。抽滤，先用去离子水洗涤至滤液呈无色，再用无水乙醇洗涤至滤液呈无色，在烘箱中60℃干燥24h，研磨成粉末，收集产物改性聚苯胺；三、将制备好的改性聚苯胺放入玛瑙研钵中研磨1h，称取3.8mg改性聚苯胺，配置成1mg/mL的溶液。分别取1.35mLH2SO4溶液(18.4mol/L)和2.5mLH2PtCl6溶液(20mg/mL)在50mL容量瓶中配制成溶液。用微量移液器移取10μL改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Pt/改性聚苯胺复合纳米材料，其特征在于Pt/改性聚苯胺是按以下步骤进行：一、取苯胺1.12mL，溶于31mL 0.5mol/L质子酸溶液中，再加入一定量的凹凸棒土和0.5g十二烷基苯磺酸钠于苯胺溶液中；称取过硫酸铵2.84g，溶于31mL 0.5mol/L质子酸溶液中；在搅拌状态下，将过硫酸铵用滴液漏斗缓慢滴加到苯胺溶液中(约每3s一滴)。滴加完毕之后，保持反应温度为0℃，连续搅拌，反应8h之后停止搅拌，静置过夜。抽滤，抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤，最终洗涤至滤液呈无色，在烘箱中60℃干燥24h，研磨成粉末，收集产物HCl‑PANI/ATP；二、分别称取不同比例的HCl‑PANI/ATP 0.8g，在搅拌状态下分别加入到HF酸溶液中去除模板ATP(m复合材料：mHF酸＝1:5)，去模板一定的时间。抽滤，先用去离子水洗涤至滤液呈无色，再用无水乙醇洗涤至滤液呈无色，在烘箱中60℃干燥24h，研磨成粉末，收集产物改性聚苯胺；三、将制备好的改性聚苯胺放入玛瑙研钵中研磨1h，称取3.8mg改性聚苯胺，配置成1mg/mL的溶液。分别取1.35mL H2SO4溶液(18.4mol/L)和2.5mL H2PtCl6溶液(20mg/mL)在50mL容量瓶中配制成溶液。用微量移液器移取10μL改性聚苯胺溶液(1mg/mL)滴到玻碳电极上，自然晾干，使用电化学的方法将Pt纳米颗粒沉积到改性聚苯胺修饰电极上。...

【技术特征摘要】
1.一种Pt/改性聚苯胺复合纳米材料，其特征在于Pt/改性聚苯胺是按以下步骤进行：一、取苯胺1.12mL，溶于31mL0.5mol/L质子酸溶液中，再加入一定量的凹凸棒土和0.5g十二烷基苯磺酸钠于苯胺溶液中；称取过硫酸铵2.84g，溶于31mL0.5mol/L质子酸溶液中；在搅拌状态下，将过硫酸铵用滴液漏斗缓慢滴加到苯胺溶液中(约每3s一滴)。滴加完毕之后，保持反应温度为0℃，连续搅拌，反应8h之后停止搅拌，静置过夜。抽滤，抽滤，分别用去离子水和无水乙醇洗涤，最终洗涤至滤液呈无色，在烘箱中60℃干燥24h，研磨成粉末，收集产物HCl-PANI/ATP；二、分别称取不同比例的HCl-PANI/ATP0.8g，在搅拌状态下分别加入到HF酸溶液中去除模板ATP(m复合材料：mHF酸＝1:5)，去模板一定的时间。抽滤，先用去离子水洗涤至滤液呈无色，再用无水乙醇洗涤至滤液呈无色，在烘箱中60℃干燥24h，研磨成粉末，收集产物改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘菲，陈培伍，朱仕超，王璐，陈苏洁，谢爱娟，罗士平，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32