[发明专利]二氧化钛-碳复合载体负载铂的电催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种二氧化钛‑碳复合载体负载铂的电催化剂及其制备方法。该二氧化钛‑碳复合载体负载铂的电催化剂包括二氧化钛‑碳载体和铂颗粒，所述二氧化钛‑碳载体为表面负载有二氧化钛的炭黑，所述铂颗粒负载在所述二氧化钛的表面。本发明提供的二氧化钛‑碳复合载体负载铂的电催化剂有利于电子从载体转移到催化剂上，从而可以极大提高催化剂活性的稳定性。本发明以液相组装和光化学沉积的方法制备氧化钛‑碳复合载体负载铂电催化剂，可以使TiO₂均匀的负载在球形炭黑的表面，从而增加了催化剂的活性。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，更具体地，涉及一种二氧化钛-碳复合载体负载铂的电催化剂及其制备方法。

背景技术

聚合物电解质燃料电池由于其使用过程无污染性和高能量转换效率(～80％)已经被作为能量转换装置得到广泛的研究。但是，氧还原体系电极材料的活性和耐久性依然是限制聚合物电解质燃料电池大规模商业化最大的阻力。目前，最常用于氧还原催化剂的是利用Pt沉积到碳表面制备得到的，这样可以一定程度上减少贵金属Pt的使用。尽管这种材料具有低成本和高导电性的优点，但是由于燃料电池苛刻的操作条件和金属之间弱的相互作用力。这些缺点都会导致Pt催化剂的聚集和电催化活性和稳定性的降低。因此，如何提高电催化剂的氧还原活性和稳定性就成为了Pt基催化领域主要的研究课题。

由于铂具有较高的氧还原活性，因此目前的研究大多针对铂基电催化剂的制备与性能研究，通过控制铂纳米材料的形貌或制备铂基合金电催化剂或是使用载体等方法来提高其氧还原活性。

现有技术中公开了Pt纳米线，表面主要暴露高ORR活性的Pt(III)晶面，该电催化剂在酸性电解质中具有更高的ORR活性和耐久性。另有研究者以Ni纳米颗粒为硬模板制备了铂的空心球结构，结构上的优点使得铂空心结构具有商业Pt/C的4.4倍的ORR质量比活性和优异的电化学稳定性。也有研究者已开发了以碳为载体的碳载铂电催化剂，但铂的利用率还是不高。造成铂利用率低的主要原因包括电催化剂中铂颗粒较大、表面暴露的铂原子过少，反应物不易达到催化剂表面等。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种二氧化钛-碳复合载体负载铂的电催化剂，该电催化剂包括二氧化钛-碳载体和铂颗粒，所述二氧化钛-碳载体为表面负载有二氧化钛的炭黑，所述铂颗粒均匀负载在所述二氧化钛表面。

该电催化剂可以给铂提供了更加均匀的载体，增加了催化剂的活性。

在本发明一个优选实施方式中，所述二氧化钛与炭黑的质量比为为0.2～0.8，优选为0.3～0.5。

在本发明一个优选实施方式中，所述铂颗粒与所述二氧化钛的质量比为0.1～0.4，优选为0.2～0.3。

在本发明一个优选实施方式中，所述炭黑的直径可以为50～10nm，优选为60～80nm。

在本发明一个优选实施方式中，所述铂纳米颗粒的直径为2～6nm，优选为3～4nm。

本发明的另一目的在于提供一种电催化剂的制备方法，该制备方法包括：

将炭黑与钛酸正丁酯通过液相组装的方法得到黑色沉淀，煅烧所述黑色沉淀得到所述二氧化钛-碳载体；

将所述二氧化钛-碳载体与氯铂酸在光照下发生还原反应制得所述电催化剂。

本发明通过光化学沉积的原理使得Pt纳米颗粒生长在TiO₂表面，而不是炭黑上。可以使得铂颗粒负载在二氧化钛的表面，可以在提高氧还原活性和稳定性的同时降低Pt负载量，节约成本。