一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂及其制备方法，制备方法包括：将二维碳化钛粉末配置成二维碳化钛

【技术实现步骤摘要】
一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于电极催化剂制备
，涉及一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源短缺和环境问题已经对人类的日常生活产生了越来越多的不利影响，尤其是对于各种有害气体的排放。迄今为止，煤、石油、天然气等化石燃料仍然是人类赖以生存的主要能源。随着时代的变迀，社会经济的发展，越来越多的人们对生活环境提出了更高的要求。因此，探索各种高效的清洁能源系统和能源转换机制已成为当代社会人们应对各种问题和危机的当务之急。目前，燃料电池已被广泛认为是最环保的能源转换系统之一，它作为一种新能源技术因其较高的能量密度和较少的污染排放而受到了国内外的大量关注，被广泛应用于移动电子设备、机动车辆、军事设施等诸多领域。在众多的燃料电池类型中，直接甲醇燃料电池（DMFC）由于其储存方便、能量转换效率高、工作温度低、寿命长等众多优点，越来越受到人们的重视。而且它是通过电化学方式直接将储存在化石燃料中的化学能直接转化为电能，不用受到卡诺循环的影响。遗憾的是，面对缓慢的阳极甲醇氧化反应速率，直接甲醇燃料电池的大规模发展受到极大限制，这是目前急需克服的难题。
[0003]在过去的几十年中，虽然各种铂基催化剂得到了研究人员的广泛开发，但由于其成本高、铂金属储量有限，而且在甲醇氧化的过程中，甲醇会在铂表面生成中间产物，这些中间产物会使催化剂中毒，导致催化活性下降，影响电化学稳定性。这使得铂基催化剂在直接甲醇燃料电池的商业领域没有受到太多关注。因此，为了提高甲醇氧化反应的速率，加速燃料电池的商业化，相关领域研究者正在不断努力去探索不同类型的铂替代物种。此外，传统的碳基材料已被广泛用在各种电催化剂中用于负载贵金属纳米粒子以期降低成本，但是由于碳基材料固有的化学惰性，使得贵金属催化剂的催化性能不佳，因此，迫切需要找到一种合适的新材料来取代以前的载体材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂及其制备方法，该电极催化剂具有高导电性、高稳定性、应用广泛、易存储的优点，可作为涂层增加其他材料的导电性，使之满足应用要求，且生产工艺简单，规模小，易于推广应用。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂的制备方法，包括如下步骤：制备MOF源溶液和二维碳化钛甲醇溶液；将MOF源溶液加入到二维碳化钛甲醇溶液中进行混合搅拌，得MOF/二维碳化钛溶液；对MOF/二维碳化钛溶液进行水洗提纯，得MOF/二维碳化钛甲醇溶液；
将MOF/二维碳化钛甲醇溶液进行冷冻干燥，得到MOF/二维碳化钛粉末；将干燥后的MOF/二维碳化钛粉末溶于有机溶剂中，超声分散制得MOF/二维碳化钛分散液；向MOF/二维碳化钛分散液中加入贵金属盐溶液进行改性，超声搅拌均匀后，得复合材料混合液；将复合材料混合液置于反应釜中，进行水热反应；将水热反应后的混合液进行离心水洗，得MOF改性二维碳化钛负载贵金属复合材料溶液；将MOF改性二维碳化钛负载贵金属复合材料溶液进行至少一次冷冻干燥，去除溶剂中的多余反应物，制得MOF改性二维碳化钛负载贵金属复合电催化剂粉末。
[0006]可选的，MOF源溶液的制备方法，包括：将MOF源溶液的制备原料溶于甲醇，混合超声后得MOF源溶液。
[0007]可选的，MOF源溶液包括0.05 ~0.17mmol/ml Zn(NO3)2溶液或0.13~0.43mmol/ml二甲基咪唑溶液。
[0008]可选的，二维碳化钛甲醇溶液的制备方法，包括：将二维碳化钛粉末溶于甲醇，超声分散后得二维碳化钛甲醇溶液。
[0009]可选的，二维碳化钛甲醇溶液的浓度为4~20mg/ml。
[0010]可选的，所述有机溶剂为甲醇溶液。
[0011]可选的，所述贵金属盐溶液为Rh(NO3)3溶液。
[0012]可选的，在
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50℃的温度下冷冻干燥，干燥时间为18
‑
24小时。
[0013]可选的，水热反应的温度为120℃，时间为12
‑
24h。
[0014]一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂，通过上述的制备方法制备而成。
[0015]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本专利技术提供的一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂及其制备方法，利用二维碳化钛本身的高导电性，提升了复合材料电催化剂本身内部的电子、质子传导；通过MOF独特的三维孔道结构，将其复合在二维碳化钛之上，有效防止二维碳化钛纳米片材料的堆积，并利用贵金属与非贵金属原子之间的协同作用有效增强了复合材料的稳定性；本专利技术的电催化剂具有高导电性、高稳定性、应用广泛、易存储的优点；本专利技术的制备方法简单、规模小、效率高，用途丰富，重复性好，而且可以有效地利用新型材料。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例的工艺流程图；图2为本专利技术实施例制备出的MOF改性碳化钛负载贵金属复合电催化剂在碱性条件下循环伏安曲线图；图3为本专利技术实施例制备出的MOF改性碳化钛负载贵金属复合电催化剂在甲醇条件下循环伏安曲线图；图4为本专利技术实施例制备出的MOF改性碳化钛负载贵金属复合电催化剂恒电位氧
化曲线图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0018]在本文中所披露范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应该理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0019]出于本说明书和所附权利要求书的目的，除非另有陈述，否则所有表达量、百分数或比例的数字及本说明书和所附权利要求书中所用的其他数值被理解为在所有情况下都由术语“约”修饰。此外，本文公开的所有范围都包括端点在内且可独立组合。
[0020]实施例一如图1至4所示，一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂的制备方法，包括如下步骤：S1，将0.15mmolZn(NO3)2和0.38mmol二甲基咪唑分别溶于3ml甲醇，80mg二维碳化钛粉末溶于20ml甲醇，超声分散20分钟，得到Zn(NO3)2甲醇溶液、二甲基咪唑甲醇溶液和二维碳化钛甲醇溶液；S2，将Zn(NO3)2甲醇溶液和二甲基咪唑甲醇溶液分别同时加入二维碳化钛甲醇溶液当中，在室温下机械搅拌1h，获得MOF/二维碳化钛溶液；S3，将MOF/二维碳化钛溶液用甲醇溶液离心水洗，甲醇水洗的离心转速为7500转，离心时间为8分钟，获得MOF/二维碳化钛甲醇溶液；S4，将MOF/二维碳化钛甲醇溶液在
‑
50℃的条件下进行冷冻干燥，干燥时间为18小时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备MOF源溶液和二维碳化钛甲醇溶液；将MOF源溶液加入到二维碳化钛甲醇溶液中进行混合搅拌，得MOF/二维碳化钛溶液；对MOF/二维碳化钛溶液进行水洗提纯，得MOF/二维碳化钛甲醇溶液；将MOF/二维碳化钛甲醇溶液进行冷冻干燥，得到MOF/二维碳化钛粉末；将干燥后的MOF/二维碳化钛粉末溶于有机溶剂中，超声分散制得MOF/二维碳化钛分散液；向MOF/二维碳化钛分散液中加入贵金属盐溶液进行改性，超声搅拌均匀后，得复合材料混合液；将复合材料混合液置于反应釜中，进行水热反应；将水热反应后的混合液进行离心水洗，得MOF改性二维碳化钛负载贵金属复合材料溶液；将MOF改性二维碳化钛负载贵金属复合材料溶液进行至少一次冷冻干燥，制得MOF改性二维碳化钛负载贵金属复合电催化剂粉末。2.根据权利要求1所述的一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂的制备方法，其特征在于，MOF源溶液的制备方法，包括：将MOF源溶液的制备原料溶于甲醇，混合超声后得MOF源溶液。3.根据权利要求2所述的一种MOF改性碳化钛负载贵金属阳极电催化剂的制备方法，其特征在于：MOF源溶液包括0.05 ~0.17mmol/ml Zn(NO3)2溶液或0.13~0....

【专利技术属性】
技术研发人员：何海燕，秦金龙，黎亚男，黄华杰，郝淋晽，朱峰毅，马陈宇，罗浪，徐晨禹，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：