本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于堿性條件下甲醇、乙醇和異丙醇燃料電池的鈀金屬納米粒子催化材料、制備方法及應(yīng)用。該材料以多壁碳納米管作為基底，以二氧化鈦?zhàn)鳛橹虚g載體，5~8納米的鈀金屬粒子均勻的分布在二氧化鈦顆粒表面。制備過程為：首先對二氧化鈦和碳納米管進(jìn)行預(yù)處理，利用原位合成法對二氧化鈦和碳納米管進(jìn)行合成，得到二氧化鈦-碳納米管復(fù)合載體材料；然后將復(fù)合材料分散于氯化鈀的水溶液中，添加還原劑硼氫化鈉，將鈀納米顆粒均勻地負(fù)載到復(fù)合載體上，制得改性鈀/二氧化鈦-碳納米管催化材料。本發(fā)明專利技術(shù)在堿性條件下具有高催化活性、高穩(wěn)定性及高抗毒性，能有效降低催化劑中毒。本發(fā)明專利技術(shù)工藝條件溫和，工藝簡單，催化材料穩(wěn)定性及重復(fù)性較好。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于納米材料的改性制備技術(shù)及燃料電池催化劑領(lǐng)域，具體是一種用于甲醇、乙醇及異丙醇的鈀金屬納米顆粒/ 二氧化鈦-碳納米管(Pd/Ti02_CNTs)催化材料的制備方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
近些年以來，在世界范圍內(nèi)，堿性燃料電池，如直接甲醇燃料電池、直接乙醇燃料電池和直接異丙醇燃料電池已受到廣泛的理論研究和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。并且部分直接燃料電池，如直接甲醇燃料電池已進(jìn)入了初步的市場化研究。但是，電極材料較低的催化活性和抗中毒性，仍是該領(lǐng)域目前需要克服的難點(diǎn)。為了解決這個問題，貴金屬材料被廣泛的應(yīng)用于燃料電池研究領(lǐng)域，其中以鉬和鈀最為典型。但是鉬作為催化材料，價格高昂、地球資源儲備量少，并且在使用過程中易受到一氧化碳中毒的影響，導(dǎo)致該類型材料使用壽命縮短。鈀具有和鉬相近的催化活性，并且，與鉬相比，鈀具低廉和好的抗中毒性等優(yōu)點(diǎn)。但是，鈀納米材料易于團(tuán)聚，從而降低其催化活性。因此，為了提高鈀納米金屬催化材料的催化活性，本專利技術(shù)使用二氧化鈦-碳納米管作為載體負(fù)載鈀納米顆粒，增加鈀納米顆粒的分散性，從而提高其催化活性面積，并利用二氧化鈦的抗腐蝕性能進(jìn)一步提高鈀催化材料的抗中毒性能，接著進(jìn)行了該種鈀催化材料在堿性條件下對甲醇、乙醇和異丙醇的催化氧化研究。其催化效果和抗中毒性比單獨(dú)鉬或鈀效果均顯著提高。因此，該種鈀納米顆粒/ 二氧化鈦-碳納米管(Pd/Ti02_CNTs)可以用作堿性條件直接甲醇燃料電池、直接乙醇燃料電池和直接異丙醇燃料電池電極材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提出一種用于堿性條件下甲醇、乙醇和異丙醇燃料電池的鈀金屬納米粒子催化材料、制備方法及應(yīng)用，該催化材料的催化活性強(qiáng)，抗一氧化碳中毒能力顯著提高。本專利技術(shù)所述的一種用于甲醇、乙醇及異丙醇燃料電池的鈀金屬納米粒子催化材料，其以多壁碳納米管作為基底，以二氧化鈦?zhàn)鳛橹虚g載體，51納米的鈀金屬粒子均勻的分布在二氧化鈦顆粒表面。該催化材料的制備方法，包括以下步驟 O制備硝酸與硫酸改性的多壁碳納米管； 2)對二氧化鈦粉末進(jìn)行預(yù)處理； 3)將步驟2)預(yù)處理的二氧化鈦粉末與步驟I)制備多壁碳納米管反應(yīng)制備二氧化鈦-碳納米管復(fù)合載體材料；4)將氯化鈀溶液加入步驟3)制得的二氧化鈦-碳納米管復(fù)合載體材料，再加入硼氫化鈉溶液反應(yīng)，最終制得復(fù)合鈀金屬納米催化材料。其中，步驟I)制備硝酸與硫酸改性的多壁碳納米管過程為 I.O配置濃硝酸與濃硫酸混合溶液，其中硝酸與硫酸體積比為1:2. 5^3. 5 ； I.2)將碳納米管加入到步驟I. I)的溶液中，制成固液比為5 10克每升酸混合溶液，在7(T90° C的條件下，攪拌8 10小時； I.3)將所獲得的碳納米管混合溶液采用抽濾、超聲、水洗方式水洗多次直至濾液呈中性； 1.4)將水洗后的碳納米管溶于水中，制成改性碳納米管溶液，其固液比為Γ2克每升 水。步驟2)對二氧化鈦粉末進(jìn)行預(yù)處理的過程為 2.I)將粒徑為5(Tl00納米的二氧化鈦粉末磨細(xì)直至均勻； 2.2)將磨細(xì)后獲得的二氧化鈦均勻粉末放入馬弗爐中在40(Γ500攝氏度條件下煅燒3 5小時； 2.3)向煅燒后所獲得的二氧化鈦粉末中加入O. 3^0. 5摩爾每升的硝酸溶液，直至潤濕，在150 250攝氏度條件下烘I 2小時，再在450 550攝氏度條件下煅燒2 3小時； 2.4)將步驟2. 3)所獲得的二氧化鈦粉末取出磨細(xì)至顆粒均勻，然后加入O. 3^0. 5摩爾每升的氫氟酸，隔夜攪拌1(Γ12小時； 2.5)將溶液采用抽濾、超聲、水洗方式水洗多次至濾液呈中性，再在70攝氏度條件下烘干，研磨后待用。步驟3)所述制備二氧化鈦-碳納米管復(fù)合載體材料的過程為 3.I)取步驟2)中所獲得的預(yù)處理后的二氧化鈦材料溶于去離子水中，制成固液比為Γ2克每升水的溶液，攪拌2(Γ40分鐘，再加入步驟I)所制備的多壁碳納米管，使得多壁碳納米管和二氧化鈦質(zhì)量比為I I :2，繼續(xù)攪拌廣2小時； 3.2)向步驟3. I)的混合溶液中加入異丙醇，持續(xù)攪拌O. 5^1. 5小時； 3.3)向混合溶液中加入乙二醇，使體積比異丙醇乙二醇=1:2. 5^1:3. 5，，隔夜攪拌8^12小時； 3.4)將步驟3. 3)所獲得的復(fù)合溶液過濾水洗5 10次，制得TiO2-CNTs復(fù)合載體材料； 3.5)將步驟4)所獲得的二氧化鈦-碳納米管復(fù)合載體材料溶于水溶液中，制得復(fù)合載體材料混合溶液固液比為10克 20克每升水。步驟4)所述鈀納米顆粒/ 二氧化鈦-多壁碳納米管催化材料的制備過程為 4.I)取氯化鈀材料分散于去離子水中，于40 50° C恒溫超聲20 30分鐘，制得濃度為O. Γ1毫克每毫升的氯化鈀水溶液； 4.2)將步驟4. I)所獲得的氯化鈀溶液加入步驟3)所獲得的二氧化鈦-碳納米管復(fù)合載體材料的混合溶液中，攪拌I 2小時； 4.3)向步驟4.2)溶液中加入硼氫化鈉溶液，其中硼氫化鈉與鈀的質(zhì)量比為50:1 70:1，繼續(xù)攪拌8 10小時； 4.4)將步驟2)所制備的鈀/ 二氧化鈦-碳納米管催化材料混合溶液經(jīng)抽濾水洗后，60^80攝氏度烘干，制得改性鈀/ 二氧化鈦-碳納米管(Pd/Ti02-CNTs)催化材料。此外，本專利技術(shù)還要求保護(hù)該鈀金屬納米粒子催化材料在堿性條件下被運(yùn)用于甲醇、乙醇及異丙醇燃料電池中的應(yīng)用。本專利技術(shù)的有益效果 本專利技術(shù)相對于傳統(tǒng)鈀金屬納米材料在堿性條件下具有高催化活性、高穩(wěn)定性及高抗毒性，能有效降低催化材料在使用過程中因產(chǎn)生的中間物質(zhì)而導(dǎo)致催化劑中毒從而降低催化活性的情況。且本專利技術(shù)合成工藝條件溫和，工藝簡單，催化材料穩(wěn)定性及重復(fù)性較好。附圖說明圖I :鈀/ 二氧化鈦-碳納米管(Pd/Ti02-CNTs)復(fù)合納米粒子催化材料透射電鏡 圖2 :鈀/ 二氧化鈦-碳納米管(Pd/Ti02_CNTs)復(fù)合納米粒子催化材料X射線衍射圖； 圖3 :鈀/ 二氧化鈦-碳納米管(Pd/Ti02_CNTs)復(fù)合納米粒子催化材料電子能譜圖； 圖4 :堿性條件下不同電極材料甲醇氧化催化活性對比的循環(huán)伏安 圖5 :堿性條件下不同電極材料對乙醇氧化催化活性對比的循環(huán)伏安 圖6 :堿性條件下不同電極材料對異丙醇氧化催化活性對比的循環(huán)伏安具體實(shí)施例方式I、鈀/ 二氧化鈦-壁碳納米管(Pd/Ti02-CNTs)復(fù)合納米粒子催化材料的制備 實(shí)施例I 鈀/ 二氧化鈦-碳納米管(Pd/Ti02-CNTs)復(fù)合納米粒子催化材料的制備 O改性碳納米管材料的制備 I.O配置濃硝酸與濃硫酸混合溶液，其中硝酸與硫酸體積比為1:2. 5 ; I.2)取適量碳納米管加入到步驟I. I)的溶液中，制成固液比為5克每升酸混合溶液，在70° C的條件下，攪拌8小時； I.3)將步驟I. 2)所獲得的碳納米管混合溶液采用抽濾、超聲、水洗方式水洗多次直至濾液呈中性； 1.4)將步驟I. 3)水洗后的碳納米管溶于水中，制成改性碳納米管溶液，其固液比為I克每升水； 2)二氧化鈦的預(yù)處理 2.I)將利用傳統(tǒng)方法制備的二氧化鈦粉末(粒徑為5(Tl00納米)磨細(xì)直至均勻； 2.2)將步驟I)中磨細(xì)后獲得的二氧化鈦均勻粉末放入馬弗爐中在400攝氏度條件下煅燒3小時； 2.3)向步本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于甲醇、乙醇及異丙醇燃料電池的鈀金屬納米粒子催化材料，其特征在于：以多壁碳納米管作為基底，以二氧化鈦?zhàn)鳛橹虚g載體，5~8納米的鈀金屬粒子均勻的分布在二氧化鈦顆粒表面。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李琴，周丹丹，潘林娜，崔皓，安浩，翟建平，
申請(專利權(quán))人：南京大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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