[发明专利]一种高比表面积Ti-O Magneli相化合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高比表面积Ti-O Magneli相化合物的制备方法，属于纳米材料技术领域。 

背景技术

随着化石燃料的日益枯竭和由化石燃料引起的环境污染问题的日益严峻，燃料电池因其能量效率高、燃料多样化、噪音低、环境污染小等优点而受到各国研究者的关注。在燃料电池系统中，普遍使用载体以降低贵金属催化剂（如Pt）的使用量同时提高催化剂的催化活性。目前，碳材料是低温燃料电池最常用的催化剂载体。然而，碳材料在燃料电池苛刻的运行条件（高湿度、强酸性、高电位等）下易发生腐蚀，从而影响到燃料电池的性能，因此寻找抗氧化抗腐蚀的稳定载体，对提高燃料电池的使用寿命具有重要意义。 

近年来，TiO₂及Ti-O Magneli相化合物(化学式通式为Ti_nO_2n-1，4≤n≤10)中的Ti₄O₇，Ti₅O₉等Ti-O化合物用作燃料电池催化剂载体的研究受到广泛的关注。虽然这几种钛氧化合物的稳定性优于碳，但TiO₂的电导率很低，制约了其在燃料电池领域的应用；而Ti₄O₇和Ti₅O₉虽然电导率很高，但是目前已知的Ti₄O₇和Ti₅O₉比表面积普遍很低，不利于高载量、高分散性催化剂的制备。鉴于此，有必要对高比表面积的Ti-O Magneli相化合物的制备方法进行系统的研究。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的问题提供一种高比表面积Ti-O Magneli相化合物的制备方法。 

一种高比表面积Ti-O Magneli相化合物的制备方法，其特征在于，首先使用有机钛和有机硅分别作钛源和硅源，利用共沉淀的方法使TiO₂和SiO₂同时沉淀，合成TiO₂和SiO₂的复合物，然后在H₂中热处理，然后用氢氟酸除去SiO₂获得高比表面的Ti-O Magneli相化合物；包括以下各步骤： 

（1）将有机钛和有机硅混合后搅拌均匀。然后在搅拌的条件下加入碱溶液，凝固后，干燥，得白色粉末状前驱体，其中有机钛、有机硅及碱的摩尔比为1∶1～10：0.1～20； 

（2）将步骤（1）中得到的白色粉末状前驱体用H₂在800～1500℃热处理1～10小时，即得Ti-O Magneli相化合物与SiO₂的复合物； 

（3）取步骤（2）所得产物分散在1％～5％的HF溶液中，磁力搅拌20～50小时即可获得高比表面积的Ti-O Magneli相化合物。 

步骤（1）中所述的有机钛为钛酸四丁酯；有机硅为硅酸四乙酯；碱溶液为氨水溶液，浓度为5～12mol/L；前驱体主要成分为TiO₂和SiO₂的复合物；有机钛与碱的摩尔比为1∶1～10。 

步骤（2）中所述的Ti-O Magneli相化合物（化学式通式为Ti_nO_2n-1，4≤n≤10）为Ti₄O₇、Ti₅O₉、Ti₆O₁₁、Ti₇O₁₃、Ti₈O₁₅、Ti₉O₁₇、Ti₁₀O₁₉中的一种或多种。步骤（2）的热处理时间可随着SiO₂的含量进行调整，SiO₂的含量高则热处理时间可相应增长。 

本发明所得Ti-O Magneli相化合物的比表面积可达50-300m²/g。通过调整SiO₂的含量（即原材料中有机硅的用量）则可以调整Ti-O Magneli相化合物的比表面积，SiO₂的含量高，比表 面积一般比较大。 

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：