[发明专利]一种纳米Ti4O7颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米Ti₄O₇颗粒的制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术

在燃料电池中，催化剂的催化活性及稳定性对燃料电池的性能有着极为关键的作用。目前，Pt/C是低温燃料电池最常用的电催化剂。然而，炭黑等碳质载体的腐蚀被认为是导致电池性能衰减的因素之一。寻求能在燃料电池苛刻的运行件下(高湿度、强酸性、高电位等)抗氧化抗腐蚀的稳定载体，对改善燃料电池的使用寿命具有重要意义。

TiO₂等氧化物用作燃料电池催化剂载体成为近年来的研究热点，虽然氧化物的稳定性优于碳质载体，但大多数氧化物为半导体，低电导率制约了其在燃料电池领域的应用。低值钛氧化物Ti₄O₇因其具有高电导率、高稳定性等优点，在电化学领域逐步得到了应用。但通常的制备方法获得的Ti₄O₇粒径大，不利于催化剂在其表面的均匀分散，不利于提高催化剂的电化学活性面积。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种纳米Ti₄O₇的制备方法。

本发明的一种纳米Ti₄O₇的制备方法，其特征在于，首先合成表面包覆的TiO₂，然后在还原性气氛中热处理，获得存在表面包覆的Ti₄O₇，接下来用刻蚀剂除去表面包覆层获得纯相Ti₄O₇颗粒，包括以下各步骤：

(1)在氢氧化钠或氢氧化钾溶液中，按氢氧化钠或氢氧化钾与TiO₂物质的量之比100∶1～20加入TiO₂粉末并搅拌使之混合均匀，然后在搅拌的条件下加热回流10～30小时后，离心分离并用酸和去离子水反复洗涤多次，干燥得白色粉末A。

(2)将步骤(1)所得白色粉末物分散在有机溶剂中，加入包覆剂并用氨水调节pH＝8～10，搅拌2～20小时后将白色悬浊物离心分离，水和乙醇反复洗涤，干燥得白色粉末B。

(3)将步骤(2)中得到的白色粉末在900℃～1200℃，氢气气氛下热处理1～6小时，即得存在表面包覆的Ti₄O₇。

(4)将步骤(3)所得产物分散在刻蚀剂中，超声2～8小时即可获得纳米Ti₄O₇颗粒。

步骤(1)中所述的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液的浓度为8mol/L～12mol/L；洗涤所用的酸为盐酸；白色粉末A为功能化的TiO₂。

步骤(2)中所述的有机溶剂为乙醇、丙醇、异丙醇中的一种；包覆剂为硅酸四乙酯；包覆剂与TiO₂的物质的量比为1～10∶5；白色粉末B为表面存在包覆物的TiO₂。

步骤(3)中所述的氢气纯度不小于99.9％；表面包覆物为SiO₂。

步骤(4)中所述的刻蚀剂为氢氟酸、氢氧化钠、氢氧化钾溶液中的一种，其中氢氟酸的质量浓度为2％～4％，氢氧化钠、氢氧化钾的浓度均不小于5mol/L。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

首先，本发明用硅酸四乙酯为SiO₂的前躯体合成SiO₂包覆的TiO₂。由于SiO₂的包覆使得TiO₂在高温还原时不易发生团聚，有利于生成纳米Ti₄O₇颗粒，粒径100nm左右。

其次，本方法制备的Ti₄O₇颗粒表面的SiO₂可以由氢氟酸或钾、钠的氢氧化物除去，从而获得了纯相Ti₄O₇颗粒。

再次，本方法制备的Ti₄O₇颗粒用作燃料电池催化剂载体时，非常有利于催化剂在其表面的均匀分散。

附图说明

图1是实施例1制备的Ti₄O₇与Ti₄O₇标准衍射图；

图2是实施例4中制备的Ti₄O₇的透射电镜图；