本发明专利技术公开了一种用于碱性条件下甲醇、乙醇和异丙醇燃料电池的钯金属纳米粒子催化材料、制备方法及应用。该材料以多壁碳纳米管作为基底，以二氧化钛作为中间载体，5~8纳米的钯金属粒子均匀的分布在二氧化钛颗粒表面。制备过程为：首先对二氧化钛和碳纳米管进行预处理，利用原位合成法对二氧化钛和碳纳米管进行合成，得到二氧化钛-碳纳米管复合载体材料；然后将复合材料分散于氯化钯的水溶液中，添加还原剂硼氢化钠，将钯纳米颗粒均匀地负载到复合载体上，制得改性钯/二氧化钛-碳纳米管催化材料。本发明专利技术在碱性条件下具有高催化活性、高稳定性及高抗毒性，能有效降低催化剂中毒。本发明专利技术工艺条件温和，工艺简单，催化材料稳定性及重复性较好。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料的改性制备技术及燃料电池催化剂领域，具体是一种用于甲醇、乙醇及异丙醇的钯金属纳米颗粒/ 二氧化钛-碳纳米管(Pd/Ti02_CNTs)催化材料的制备方法及应用。
技术介绍
近些年以来，在世界范围内，碱性燃料电池，如直接甲醇燃料电池、直接乙醇燃料电池和直接异丙醇燃料电池已受到广泛的理论研究和实验应用。并且部分直接燃料电池，如直接甲醇燃料电池已进入了初步的市场化研究。但是，电极材料较低的催化活性和抗中毒性，仍是该领域目前需要克服的难点。为了解决这个问题，贵金属材料被广泛的应用于燃料电池研究领域，其中以钼和钯最为典型。但是钼作为催化材料，价格高昂、地球资源储备量少，并且在使用过程中易受到一氧化碳中毒的影响，导致该类型材料使用寿命缩短。钯具有和钼相近的催化活性，并且，与钼相比，钯具低廉和好的抗中毒性等优点。但是，钯纳米材料易于团聚，从而降低其催化活性。因此，为了提高钯纳米金属催化材料的催化活性，本专利技术使用二氧化钛-碳纳米管作为载体负载钯纳米颗粒，增加钯纳米颗粒的分散性，从而提高其催化活性面积，并利用二氧化钛的抗腐蚀性能进一步提高钯催化材料的抗中毒性能，接着进行了该种钯催化材料在碱性条件下对甲醇、乙醇和异丙醇的催化氧化研究。其催化效果和抗中毒性比单独钼或钯效果均显著提高。因此，该种钯纳米颗粒/ 二氧化钛-碳纳米管(Pd/Ti02_CNTs)可以用作碱性条件直接甲醇燃料电池、直接乙醇燃料电池和直接异丙醇燃料电池电极材料。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提出一种用于碱性条件下甲醇、乙醇和异丙醇燃料电池的钯金属纳米粒子催化材料、制备方法及应用，该催化材料的催化活性强，抗一氧化碳中毒能力显著提高。本专利技术所述的一种用于甲醇、乙醇及异丙醇燃料电池的钯金属纳米粒子催化材料，其以多壁碳纳米管作为基底，以二氧化钛作为中间载体，51纳米的钯金属粒子均匀的分布在二氧化钛颗粒表面。该催化材料的制备方法，包括以下步骤 O制备硝酸与硫酸改性的多壁碳纳米管； 2)对二氧化钛粉末进行预处理； 3)将步骤2)预处理的二氧化钛粉末与步骤I)制备多壁碳纳米管反应制备二氧化钛-碳纳米管复合载体材料；4)将氯化钯溶液加入步骤3)制得的二氧化钛-碳纳米管复合载体材料，再加入硼氢化钠溶液反应，最终制得复合钯金属纳米催化材料。其中，步骤I)制备硝酸与硫酸改性的多壁碳纳米管过程为 I.O配置浓硝酸与浓硫酸混合溶液，其中硝酸与硫酸体积比为1:2. 5^3. 5 ； I.2)将碳纳米管加入到步骤I. I)的溶液中，制成固液比为5 10克每升酸混合溶液，在7(T90° C的条件下，搅拌8 10小时； I.3)将所获得的碳纳米管混合溶液采用抽滤、超声、水洗方式水洗多次直至滤液呈中性； 1.4)将水洗后的碳纳米管溶于水中，制成改性碳纳米管溶液，其固液比为Γ2克每升 水。步骤2)对二氧化钛粉末进行预处理的过程为 2.I)将粒径为5(Tl00纳米的二氧化钛粉末磨细直至均匀； 2.2)将磨细后获得的二氧化钛均匀粉末放入马弗炉中在40(Γ500摄氏度条件下煅烧3 5小时； 2.3)向煅烧后所获得的二氧化钛粉末中加入O. 3^0. 5摩尔每升的硝酸溶液，直至润湿，在150 250摄氏度条件下烘I 2小时，再在450 550摄氏度条件下煅烧2 3小时； 2.4)将步骤2. 3)所获得的二氧化钛粉末取出磨细至颗粒均匀，然后加入O. 3^0. 5摩尔每升的氢氟酸，隔夜搅拌1(Γ12小时； 2.5)将溶液采用抽滤、超声、水洗方式水洗多次至滤液呈中性，再在70摄氏度条件下烘干，研磨后待用。步骤3)所述制备二氧化钛-碳纳米管复合载体材料的过程为 3.I)取步骤2)中所获得的预处理后的二氧化钛材料溶于去离子水中，制成固液比为Γ2克每升水的溶液，搅拌2(Γ40分钟，再加入步骤I)所制备的多壁碳纳米管，使得多壁碳纳米管和二氧化钛质量比为I I :2，继续搅拌广2小时； 3.2)向步骤3. I)的混合溶液中加入异丙醇，持续搅拌O. 5^1. 5小时； 3.3)向混合溶液中加入乙二醇，使体积比异丙醇乙二醇=1:2. 5^1:3. 5，，隔夜搅拌8^12小时； 3.4)将步骤3. 3)所获得的复合溶液过滤水洗5 10次，制得TiO2-CNTs复合载体材料； 3.5)将步骤4)所获得的二氧化钛-碳纳米管复合载体材料溶于水溶液中，制得复合载体材料混合溶液固液比为10克 20克每升水。步骤4)所述钯纳米颗粒/ 二氧化钛-多壁碳纳米管催化材料的制备过程为 4.I)取氯化钯材料分散于去离子水中，于40 50° C恒温超声20 30分钟，制得浓度为O. Γ1毫克每毫升的氯化钯水溶液； 4.2)将步骤4. I)所获得的氯化钯溶液加入步骤3)所获得的二氧化钛-碳纳米管复合载体材料的混合溶液中，搅拌I 2小时； 4.3)向步骤4.2)溶液中加入硼氢化钠溶液，其中硼氢化钠与钯的质量比为50:1 70:1，继续搅拌8 10小时； 4.4)将步骤2)所制备的钯/ 二氧化钛-碳纳米管催化材料混合溶液经抽滤水洗后，60^80摄氏度烘干，制得改性钯/ 二氧化钛-碳纳米管(Pd/Ti02-CNTs)催化材料。此外，本专利技术还要求保护该钯金属纳米粒子催化材料在碱性条件下被运用于甲醇、乙醇及异丙醇燃料电池中的应用。本专利技术的有益效果 本专利技术相对于传统钯金属纳米材料在碱性条件下具有高催化活性、高稳定性及高抗毒性，能有效降低催化材料在使用过程中因产生的中间物质而导致催化剂中毒从而降低催化活性的情况。且本专利技术合成工艺条件温和，工艺简单，催化材料稳定性及重复性较好。附图说明图I :钯/ 二氧化钛-碳纳米管(Pd/Ti02-CNTs)复合纳米粒子催化材料透射电镜 图2 :钯/ 二氧化钛-碳纳米管(Pd/Ti02_CNTs)复合纳米粒子催化材料X射线衍射图； 图3 :钯/ 二氧化钛-碳纳米管(Pd/Ti02_CNTs)复合纳米粒子催化材料电子能谱图； 图4 :碱性条件下不同电极材料甲醇氧化催化活性对比的循环伏安 图5 :碱性条件下不同电极材料对乙醇氧化催化活性对比的循环伏安 图6 :碱性条件下不同电极材料对异丙醇氧化催化活性对比的循环伏安具体实施例方式I、钯/ 二氧化钛-壁碳纳米管(Pd/Ti02-CNTs)复合纳米粒子催化材料的制备 实施例I 钯/ 二氧化钛-碳纳米管(Pd/Ti02-CNTs)复合纳米粒子催化材料的制备 O改性碳纳米管材料的制备 I.O配置浓硝酸与浓硫酸混合溶液，其中硝酸与硫酸体积比为1:2. 5 ; I.2)取适量碳纳米管加入到步骤I. I)的溶液中，制成固液比为5克每升酸混合溶液，在70° C的条件下，搅拌8小时； I.3)将步骤I. 2)所获得的碳纳米管混合溶液采用抽滤、超声、水洗方式水洗多次直至滤液呈中性； 1.4)将步骤I. 3)水洗后的碳纳米管溶于水中，制成改性碳纳米管溶液，其固液比为I克每升水； 2)二氧化钛的预处理 2.I)将利用传统方法制备的二氧化钛粉末(粒径为5(Tl00纳米)磨细直至均匀； 2.2)将步骤I)中磨细后获得的二氧化钛均匀粉末放入马弗炉中在400摄氏度条件下煅烧3小时； 2.3)向步本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于甲醇、乙醇及异丙醇燃料电池的钯金属纳米粒子催化材料，其特征在于：以多壁碳纳米管作为基底，以二氧化钛作为中间载体，5~8纳米的钯金属粒子均匀的分布在二氧化钛颗粒表面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李琴，周丹丹，潘林娜，崔皓，安浩，翟建平，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。