【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于质子交换膜燃料电池催化，具体涉及一种锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、质子交换膜燃料电池(pemfc)是一种性能优良的燃料电池，具有能量转换效率高、能量密度高、操作温度低和零污染的特点，成为各国科学工作者着手研究的热点，其工作原理主要依靠阳极氢氧化、阴极氧还原反应以及通过质子交换介质、电子传导介质完成系列电化学过程。但是pemfc要想实现商业化，仍面临许多挑战，一个关键难题是燃料电池阴极催化剂的稳定性问题，目前常用的阴极催化剂是利用pt沉积到碳表面制备得到的，可在一定程度上减少贵金属的使用，但pt/c的碳载体在电化学高电位条件下易受到腐蚀，这种腐蚀会导致铂纳米颗粒从碳载体上聚集、溶解和脱落，导致pt/c催化剂性能下降和寿命缩短。
2、目前，氮化物、碳化物、氧化物、硫化物、硼化物和金属等非碳材料已被作为新的载体材料用于负载铂纳米颗粒。但是，现有的催化剂的稳定性、耐用性和电催化性能仍有待进一步提高。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂及其制备方法和应用。本专利技术提供的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂具有优异的电催化性能和稳定性。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂，包括锰掺杂二氧化钛和负载在所述锰掺杂二氧化钛上的pt纳米颗粒。
4、优选地，所述锰掺杂二氧化钛的粒径为15～30nm，所
5、优选地，所述锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂中pt纳米颗粒的质量分数为15～20wt％。
6、优选地，所述锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂中锰的原子百分比为0.5～1.5at％。
7、本专利技术还提供了上述技术方案所述的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂的制备方法，包括以下步骤：
8、将锰掺杂二氧化钛、可溶性铂源和还原剂混合，得到混合液；
9、将所述混合液进行微波合成反应，得到所述锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂。
10、优选地，所述可溶性铂源为氯铂酸；
11、所述锰掺杂二氧化钛与可溶性铂源的质量比为1:0.5～1。
12、优选地，所述锰掺杂二氧化钛的制备包括以下步骤：
13、将钛源、锰源溶解于水中，得到混合溶液，调节所述混合溶液的ph值至4～7；
14、将调节ph值后的混合溶液与氧化剂混合进行水热反应，得到锰掺杂二氧化钛前驱体；
15、将所述锰掺杂二氧化钛前驱体在氢气-氩气混合氛围下煅烧，得到锰掺杂二氧化钛。
16、优选地，所述还原剂为二乙二醇或乙二醇；
17、所述锰掺杂二氧化钛和还原剂的固液比为1g:3～7l。
18、优选地，所述微波合成反应的功率为550～700w，温度为150～200℃，时间为2～6min。
19、本专利技术还提供了上述技术方案所述的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂作为阴极催化剂在质子交换膜燃料电池中的应用。
20、本专利技术提供了一种锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂，包括锰掺杂二氧化钛和负载在所述锰掺杂二氧化钛上的pt纳米颗粒。本专利技术在二氧化钛中掺杂少量的锰离子，使得二氧化钛表面产生缺陷，成为电子-空穴对的浅势捕获陷阱，降低了电子空穴的复合几率，提高了催化效率和稳定性；同时贵金属铂负载在锰掺杂二氧化钛表面，在二者连接的界面处形成一种能捕获电子的有效陷阱的schottky能垒，使得电子从二氧化钛向金属铂迁移，将载流子有效分离，从而降低了电子空穴的复合，进一步提高了催化效率和稳定性；同时超细的pt纳米颗粒被均匀的还原在二氧化钛表面，由于pt和二氧化钛之间的直接电子相互作用，有利于金属-载体强相互作用效应的形成，从而促进了催化剂氧还原活性和稳定性。通过实施例数据可知，本专利技术得到的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂极限电流密度能够达到6.3ma/cm2，经过5000圈adt测试后，pt/mn-tio2催化剂的极限电流密度减少0.1ma/cm2，在酸性条件下具有较高的电催化活性和稳定性。
21、本专利技术提供了上述方案所述锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂的制备方法，将锰掺杂二氧化钛、可溶性铂源和还原剂混合，得到混合液；将所述混合液进行微波合成反应，得到所述锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂。本专利技术利用微波合成反应，有效控制了pt的颗粒尺寸大小，并将pt均匀的分散在锰掺杂二氧化钛颗粒表面，提高了pt的分散性，使得催化剂具有较高的比表面及催化活性，同时在提高氧还原活性和稳定性的同时降低pt负载量，节约成本。
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1.一种锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂，包括锰掺杂二氧化钛和负载在所述锰掺杂二氧化钛上的Pt纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂，其特征在于，所述锰掺杂二氧化钛的粒径为15～30nm，所述Pt纳米颗粒的粒径为3～4.5nm。
3.根据权利要求1或2所述的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂，其特征在于，所述锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂中Pt纳米颗粒的质量分数为15～20wt％。
4.根据权利要求1所述的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂，其特征在于，所述锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂中锰的原子百分比为0.5～1.5at％。
5.权利要求1～4任意一项所述的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性铂源为氯铂酸；
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述锰掺杂二氧化钛的制备包括以下步骤：
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂为二乙二醇或乙二醇；
9.根据权利要求5所述的制备方法
10.权利要求1～4任一项所述的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂或权利要求5～9任一项所述的制备方法制得的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂作为阴极催化剂在质子交换膜燃料电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂，包括锰掺杂二氧化钛和负载在所述锰掺杂二氧化钛上的pt纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂，其特征在于，所述锰掺杂二氧化钛的粒径为15～30nm，所述pt纳米颗粒的粒径为3～4.5nm。
3.根据权利要求1或2所述的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂，其特征在于，所述锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂中pt纳米颗粒的质量分数为15～20wt％。
4.根据权利要求1所述的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂，其特征在于，所述锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂中锰的原子百分比为0.5～1.5at％。
5.权利要求1～4任意一项所述的锰掺杂二氧化钛负载铂催化剂的制备...
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