一种碳包覆二氧化钛纳米花载体的制备方法及其担载铂或铂合金纳米催化剂的应用技术

本发明专利技术提供了一种制备碳包覆二氧化钛纳米花复合载体的制备方法及其担载铂和铂合金纳米催化剂的应用，它是将冰醋酸及钛酸正丁酯通过水热反应生成花状TiO

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆二氧化钛纳米花载体的制备方法及其担载铂或铂合金纳米催化剂的应用
本专利技术涉及一种碳包覆二氧化钛纳米花载体的制备方法及其担载铂或铂合金纳米催化剂的应用，尤其是具有高稳定性高导电性氧气还原反应催化剂载体及催化剂的制备方法，属于无机材料

技术介绍
燃料电池是一种将燃料化学能直接转换成电能的反应装置，具有比能量高、能量转化率高、环境友好等特点。电催化剂作为燃料电池关键材料，其性能与成本成为影响器件实用价值的关键因素。因此，开发高活性、稳定性的电催化剂对燃料电池技术的实用化具有重要的意义。目前，金属Pt以其高的电催化活性而广泛应用于燃料电池。为了提高Pt利用率，实用型电催化剂由高度分散的Pt纳米粒子负载在高比表面活性炭等导电载体表面构成。商品化Pt/C催化剂以活性炭为载体，但是由于活性炭石墨化程度低，在燃料电池强酸、高电位的实际工况下，极易发生腐蚀。解决燃料电池催化剂载体稳定性的问题是燃料电池实用化的前提。TiO2具有优异的稳定性、耐酸腐蚀性能，作为非碳载体得到广泛研究。然而TiO2作为半导体，其电导率低，作为电催化剂载体导电性差，电子传输阻力大，影响电池放电性能。公开号为CN108711617A的中国专利技术专利公开了一种碳包覆二氧化钛纳米颗粒的方法，采用腐植酸作为包覆氧化钛颗粒的碳源，经焙烧后得到碳包覆氧化后，用作锂离子电池负极材料。文献(JournalofPowerSources，2006，159，219–222)报导了一种聚丙烯晴包覆的氧化钛纳米粒子，在氩气中热处理得到碳包覆的氧化钛纳米粒子，用作锂离子电池负极材料。上述方法尽管在一定程度上提高了氧化钛的导电性，但表面形成的无定形碳层稳定性差、纳米颗粒堆叠导致反应物传输困难等问题，因此未能作为燃料电池催化剂载体而得到应用。
技术实现思路
：本专利技术针对现有技术的不足，目的在于提供一种高导电性、高稳定性和利于反应物传输的碳包覆二氧化钛纳米花复合载体的制备方法，该制备方法制备工艺简单，易于放大生产，担载铂或铂合金后对燃料电池氧还原反应具有优良的催化活性和稳定性。一种碳包覆TiO2纳米花载体及担载Pt纳米粒子和Pt合金纳米粒子催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将钛酸正丁酯溶于冰醋酸中并搅拌均匀，得到乳白色溶液；再将混合溶液在水热釜中加热保温一定时间，待水热釜自然降温后，将得到乳白色胶状或沉淀产物或两者混合物以去离子水离心洗涤，最后将产物干燥得到TiO2纳米花前驱体(p-TiO2)；作为优选，钛酸正丁酯与冰醋酸的体积比为1:10～1:100；作为优选，水热保温时间为6-72h。(2)将步骤(1)中得到的花状TiO2前驱体在马弗炉中以1-20℃min-1的升温速率升温至500℃然后保温0.5-6h，之后自然降温后得到TiO2纳米花；(3)将步骤(2)得到的TiO2纳米花加入到三羟甲基氨基甲烷-缓冲液(pH:8.5)溶液中超声形成悬浮液，然后将多巴胺在搅拌下加入到混合液中并将混合溶液在室温下搅拌以完成多巴胺聚合，并包覆TiO2纳米花，最后将悬浊液离心洗涤并干燥，得到聚多巴胺包覆的TiO2纳米花：(4)在氩气或氮气惰性气氛中将步骤(3)得到的样品加热至150℃并保温0.1-3小时，然后加热至500-1000℃并保温0.5-6h，得到碳包覆TiO2纳米花；(5)将氯铂酸的乙二醇溶液用NaOH调节pH值至8-14；再将混合溶液加热至130-160℃并保温0.5-6小时，待溶液降至室温后，按比例加入碳包覆TiO2纳米花复合载体，再加入无机酸将溶液pH调至4-7并搅拌溶液1-24小时，之后将样品过滤洗涤，最后真空干燥得到负载铂纳米粒子的碳包覆TiO2纳米花；作为优选，氯铂酸的乙二醇溶液浓度为0.5-10毫克铂/毫升；作为优选，无机酸可以为盐酸或硫酸或硝酸。(6)将氯铂酸和过渡金属盐的乙二醇溶液用NaOH调节pH值至8-14；再将混合溶液加热至130-160℃并保温0.5-6小时，待溶液降至室温后，按比例加入碳包覆TiO2纳米花复合载体，再加入无机酸将溶液pH调至4-7并搅拌溶液1-24小时，之后将样品过滤洗涤，最后真空干燥得到负载铂合金纳米粒子的碳包覆TiO2纳米花；作为优选，过渡金属盐可以为Fe，Co和Ni的硝酸盐或氯盐。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和效果：本专利技术制备了一种碳包覆TiO2纳米花电催化载体，极大地提升了二氧化钛的导电性和比表面积，是一种优良的电催化剂载体。该载体担载Pt或者Pt合金后是一种对氧还原反应具有良好的电化学催化活性和稳定性的催化剂。本专利技术制备过程简单、适于规模化生产，具有显著的应用前景。附图说明：图1实施例5制备的样品的SEM图像。图2实施例5制备的样品的TEM图像。图3实施例5制得的样品的XRD谱图。图4实施例1、2、3、4和对比例样品的电阻率。图5实施例5制备的样品以及对比样商品化Pt/C催化剂(庄信万丰)的氧还原反应极化曲线和稳定性测试后的极化曲线。具体实施方式：下面结合具体的实施例进一步阐述本专利技术。同样应理解，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据本专利技术的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本专利技术的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。对比例将2ml钛酸正丁酯溶于60ml冰醋酸中并搅拌均匀，得到乳白色溶液；将混合溶液在水热釜中加热至140℃保温12h；待水热釜自然降温后，将得到乳白色胶状或沉淀产物或两者混合物以去离子水离心洗涤，最后将产物干燥得到白色的花状二氧化钛前驱体p-TiO2。再在空气气氛中将p-TiO2以升温速率2℃min-1加热到500℃并保温3h得到花状二氧化钛粉末。实施例1将2ml钛酸正丁酯溶于60ml冰醋酸中并搅拌均匀，得到乳白色溶液；将混合溶液在水热釜中加热至140℃保温12h；待水热釜自然降温后，将得到乳白色胶状或沉淀产物或两者混合物以去离子水离心洗涤，最后将产物干燥得到白色的花状二氧化钛前驱体p-TiO2。再在空气气氛中将p-TiO2以升温速率2℃min-1加热到500℃并保温3h得到花状二氧化钛粉末。将150mg花状二氧化钛粉末加入到50mL三羟甲基氨基甲烷缓冲液(pH:8.5)中超声均匀形成悬浮液，然后加入150mg多巴胺，在室温下搅拌48h。之后离心洗涤干燥，得到聚多巴胺包覆的花状二氧化钛。再将其在Ar气氛中以3℃min-1加热至150℃保温1h，然后以5℃min-1加热到700℃保温2h，得到碳包覆的花状二氧化钛TiO2@NC-700。实施例2将2ml钛酸正丁酯溶于60ml冰醋酸中并搅拌均匀，得到乳白色溶液；将混合溶液在水热釜中加热至140℃保温12h；待水热釜自然降温后，将得到乳白色胶状或沉淀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳包覆二氧化钛纳米花载体的制备方法及其担载铂或铂合金纳米催化剂的应用，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)冰醋酸及钛酸正丁酯通过水热反应生成花状TiO

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆二氧化钛纳米花载体的制备方法及其担载铂或铂合金纳米催化剂的应用，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)冰醋酸及钛酸正丁酯通过水热反应生成花状TiO2前驱体；
(2)将步骤(1)得到的花状TiO2前驱体在空气中焙烧得到三维花状TiO2；
(3)将步骤(2)得到的TiO2纳米花与多巴胺(DA)在三羟甲基氨基甲烷-缓冲液中搅拌，多巴胺聚合包覆在花状TiO2表面，得到聚多巴胺包覆的TiO2纳米花(TiO2@PDA)；
(4)将步骤(3)得到的TiO2纳米花在惰性气氛中进行热处理，得到碳包覆二氧化钛纳米花载体(TiO2@NC-T)；
(5)步骤(4)得到的TiO2@NC-T载体担载铂或铂合金纳米粒子后可应用于燃料电池阴极氧还原反应。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中花状二氧化钛前驱体是以冰醋酸及钛酸四丁酯为反应物，通过在120-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜鲁华，刘静，范朝华，孙中银，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37