[发明专利]一种用非晶态合金制备Pd/CuO-TiO2复合材料的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型纳米材料，主要用于燃料电池系统中的阳极催化剂材料。

背景技术

近年来，直接甲醇燃料电池因其高的换能效率及简单的操作手段在新能源领域受到了越来越多的关注。然而，阳极催化剂的活性及成本问题一直制约着直接甲醇燃料电池的大规模应用。Pt以其高的电催化氧化活性一直以来都是最常用的燃料电池阳极催化剂，但其价格及储量限制了Pt及Pt基催化剂的商业化应用。Pd与Pt有着非常相似的化学性质，但其在价格及储量方面均优于Pt。此外，Pd基催化剂也表现出更高的催化稳定性。

纯Pd的催化剂在电催化氧化甲醇的过程中，会吸附催化中间产物，从而降低其催化活性，过度金属氧化物在溶液中能够吸附含氧官能团，这些含氧官能团能够与催化中间产物反应，从而促进有机小分子的电催化氧化反应。因此，为了最大限度的提升催化剂的催化活性，过渡金属氧化物作为一种辅助材料逐渐被应用于燃料电池催化剂领域。二氧化钛作为一种化学性质稳定的过度金属氧化物，近年来也越来越多的受到燃料电池研究者的青睐。

发明内容

针对现有技术，本发明提供一种成本低、制备过程简单的用非晶态合金制备复合Pd/CuO-TiO₂材料的方法，制备得到的材料表面修饰TiO₂针的复合纳米多孔结构，本发明实施费用低、操作简便，耗时短，是一种高效经济的合成方法，本发明制备得到的复合材料主要用于燃料电池系统中的阳极催化剂。

为了解决上述技术问题，本发明一种用非晶态合金制备复合Pd/CuO-TiO₂材料的方法，包括以下步骤：

步骤一、按照以下组分及原子百分比含量制备Ti-Cu-Pd非晶合金：Ti的含量为20％-30％，Cu的含量为40％-65％，Pd的含量为5％-20％；

步骤二、将步骤一制得的Ti-Cu-Pd非晶合金裁剪成厚度为10μm-30μm，宽度为15mm-20mm，长度为1cm-3cm的条带；该条带在无水乙醇中超声5min后，去离子水中清洗并于空气中干燥备用；

步骤三、将步骤二制得的Ti-Cu-Pd非晶合金条带与摩尔浓度为0.25M-0.75M的盐酸水溶液一同置于密闭容器中进行反应，反应温度为90℃-120℃，反应时间为3h-10h，将反应结束后制得的样品用去离子水冲洗后即为复合Pd/CuO-TiO₂催化剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

将Pd纳米颗粒负载在载体材料上是最常用的Pd基催化剂的制备方法，然而Pd颗粒会在长程电催化反应中溶解脱落，因此此类催化剂的长程催化性能并不高。使用脱合金法制备的纳米材料具有双连续的纳米多孔结构，此类材料具有高的比表面积，好的导电性能以及高的稳定性并能够促进物质传输，因此在燃料电池阳极催化剂的制备领域有着较好的应用前景。相比于晶体合金，非晶合金的成分调控更加灵活，元素分布更加均匀，因此是一种理想的脱合金前驱体材料。本发明通过脱合金法制备的Pd/CuO-TiO₂复合材料，纳米多孔结构化学性质稳定，其在循环伏安测试中电催化氧化甲醇的电流密度可达369.26mA/mg。

附图说明

图1是本发明实施例1、2、3、4制备的Pd/CuO-TiO₂复合材料纳米多孔结构形貌图；

图2是图1所示各实施例Pd/CuO-TiO₂复合材料表面纳米多孔结构循环伏安曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明方法做进一步的说明。提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。

实施例1：

用非晶态合金并利用化学脱合金法制备Pd/CuO-TiO₂复合材料，其表面修饰TiO₂针的复合纳米多孔结构。其制备步骤如下：

步骤一、按照以下组分及原子百分比含量制备Ti-Cu-Pd非晶合金：Ti的含量为30％，Cu的含量为65％，Pd的含量为5％；

步骤二、将步骤一制得的Ti₃₀Cu₆₅Pd₅非晶合金裁剪成厚度为10μm-30μm，宽度为15mm-20mm，长度为1cm-3cm的条带；该条带在无水乙醇中超声5min后，去离子水中清洗并于空气中干燥备用；