[发明专利]一种掺碳TiO2纳米纤维负载金属催化剂的制备方法

说明书

本发明属于催化剂领域，尤其涉及一种掺碳TiO₂纳米纤维负载金属催化剂的制备方法。本发明制备的PdRu/TiO‑C纳米纤维催化剂对甲醇氧化，其氧化机理主要是TiO₂复合材料的光催化机理，一般来说，TiO₂被能量大于其禁带宽度的光子激发后，电子会从价带激发到导带中．同时产生电子‑空穴对，与吸附溶解在其表面的氧气和水反应，空穴将OH^‑和H₂O氧化成·OH^‑，O₂俘获电子生成·O₂^‑，这两种自由基能几乎无选择地氧化大部分有机物甲醇。但是，纯TiO₂需要紫外光照射才具有催化活性，而贵金属沉积，如Pt、Au、Ag或Pd等能使TiO₂在无紫外光照射下具有光催化活性。

技术领域

本发明属于催化剂领域，尤其涉及一种掺碳TiO₂纳米纤维负载金属催化剂的制备方法。

背景技术

阳极电催化剂是直接甲醇燃料电池(DMFC)的关键材料之一并且是DMFC性能的关键．常温下Pt是DMFC最理想的催化剂．但纯Pt对甲醇氧化速度较慢．且纯Pt易被甲醇氧化过程中产生的羰基物种如CO吸附而毒化．使其催化活性降低，通过与其他金属复合制备合金可修饰铂的催化性能以克服C0中毒的缺点，其中PtRu/C催化剂被认为是DMFC目前最佳的阳极催化剂，比Pt具有更好的抗毒性和催化活性圈；但是，该催化剂中Pt的负载量仍然较高，价格昂贵，在DMFC中的利用率还达不到商业化的要求，并且其采用C基为载体，发电过程中C易氧化，也限制了催化剂的长期稳定使用。

近年来，纳米TiO 由于其具有价格低廉、化学稳定性和热稳定性高、耐腐蚀、耐氧化等优点而备受关注；人们进行了大量研究，以TiO 材料如TiO2纳米粉体、TiO₂纳米管、TiO₂纳米纤维取代或部分取代载体．降低贵金属负载量，取得了较大进展；这些研究表明，TiO₂能提高表面金属分散，提高催化剂活性，降低金属负载量。但是，这些研究中TiO ₂仅仅作为掺杂剂，催化剂对甲醇的催化仍以贵金属为主，催化剂中Pt、Ru负载量仍然较高，且没有考虑TiO₂复合材料的催化；另外，TiO₂导电性不太理想，使用时仍需与各种碳载体混合以提高导电性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种掺碳TiO₂纳米纤维负载金属催化剂的制备方法；以掺C的TiO2纳米纤维为载体．通过化学还原法制备了一种新型直接甲醇燃料电池阳极催化剂PdRu/TiO2-C。

为了实现上述目的，本发明提供一种掺碳TiO₂纳米纤维负载金属催化剂的制备方法，具体包括以下步骤。

步骤1、TiO₂纳米纤维的制备：TiO₂纳米纤维的制备采用静电纺丝法，首先称取5-10g聚乙烯吡咯烷酮加到30-40mL无水乙醇中搅拌溶解，加入2.5-3.0mL的钛酸丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)，形成溶液A；搅拌下滴入由25mL无水乙醇、2.5mL去离子水、1.8mL醋酸组成的溶液B；继续搅拌2-3h，使Ti(OC₄H₉)₄水解形成纺丝液；用装有不锈钢针头的针筒吸取15-20mL纺丝液，电源正极和针头连接，锡箔纸作为收集装置和电源负极连接：设定针头到锡箔纸的距离为10-12cm．并施加30-35kV的直流电压，纺丝液的推进速率为3-5mL/h，得到TiO₂纳米纤维。