[发明专利]聚电解质修饰碳化钛负载多晶界铂电极催化剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种聚电解质修饰碳化钛负载多晶界铂电极催化剂的制备方法，包括以下步骤：将碳化钛纳米片超声分散在水溶液中，向其中加入氯化钠溶液，通过磁力搅拌进行混合处理，随后加入聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液，搅拌使之充分混合，然后加入氯铂酸溶液和柠檬酸钠溶液，再进行磁力搅拌，得到反应前驱体溶液，然后逐滴加入新鲜的硼氢化钠溶液进行还原反应，最后将得到的黑色沉淀物进行离心洗涤并在真空条件下进行干燥。获得聚电解质修饰碳化钛负载多晶界铂电极催化剂。本发明以聚电解质修饰的碳化钛纳米片为模板，在其表面沉积多晶界铂，制备出的电极催化剂具有结构稳定、高催化活性以及高抗毒性的优点。

技术领域

本发明涉及一种电极催化剂的制备方法，具体地涉及一种聚电解质修饰碳化钛负载多晶界铂电极催化剂的制备方法。

背景技术

当今日益突出的世界能源危机和环境污染问题已经严重阻碍了现代社会的可持续发展，直接甲醇燃料电池因其原料价格低廉、能量转换效率高、污染排放少、结构简单、燃料易储存等特点作为新兴的能量转换装置具有重要的研究意义。然而直接甲醇燃料电池所涉及的甲醇电氧化反应速度非常缓慢，通常通过铂等贵金属催化甲醇氧化反应，但是考虑到铂等贵金属高昂的价格和易中毒的特性，在实际使用过程中需要尽可能降低贵金属的使用量。因此，合成既有高催化活性、高抗毒性等优异性能且成本相对低廉的新型铂基催化剂，将有助于突破直接甲醇燃料电池商业化所面临的技术瓶颈。

将贵金属纳米颗粒负载在先进的催化剂载体上是一种提高贵金属催化性能科学有效的制备方法，近年来，过渡金属碳化物或碳/氮化物Mxene的出现为设计新型直接甲醇燃料电池阳极催化剂提供了新的契机。Ti₃C₂T_x是一种类石墨烯的二维材料，Ti₃C₂T_x纳米片具有大的比表面积，且材料表面具有大量的-OH、-F官能团，因此具有良好的亲水性和独特的电化学性质。此外，Ti₃C₂T_x纳米片良好的导电性可以降低催化剂的电荷转移电阻。这些优异的特性使Ti₃C₂T_x纳米片可以作为载体材料来提高金属铂的利用效率。有研究表明，Ti₃C₂T_x纳米片不仅可以为贵金属颗粒的沉积提供了丰富的生长位点而且纳米片可以调控金属铂的电子结构，提高其本征的电催化活性，并增强金属铂对反应副产物（主要为CO）的抗中毒能力。

另一方面，零维的铂纳米颗粒在催化过程中容易出现团聚，脱落，Ostwald熟化等问题，这主要是因为零维颗粒和载体之间的接触面积很小导致的。最近有大量研究表明，一维的铂纳米晶（铂纳米线，铂纳米管，铂纳米棒）和载体之间有大的接触面积而不易脱落，此外，与零维铂颗粒相比，一维铂纳米晶不仅拥有较大的长径比而且拥有丰富的晶界，丰富的晶界能够有效的促进甲醇的氧化反应。目前为止，有研究将贵金属纳米粒子直接负载于碳化钛纳米片表面来合成贵金属/碳化钛纳米片催化剂，但是关于新型二维材料碳化钛负载一维铂纳米晶的研究还未有报道

因此，开发新的制备方法通过聚合物修饰碳化钛纳米片负载一维铂纳米线，一方面减少复合体系中Ti₃C₂T_x纳米片的堆叠，另一方面通过聚合物导向合成均匀分散的一维铂纳米线从而最大限度提高贵金属铂的有效活性位点，使其独特的优势在电催化领域得到有效发挥成为了工作的重点和难点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供聚电解质修饰碳化钛负载多晶界铂电极催化剂的制备方法，以解决现有技术中存在的二维材料碳化钛负载一维铂纳米晶较难的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种聚电解质修饰碳化钛负载多晶界铂电极催化剂的制备方法，

制备得到聚二烯丙基二甲基氯化铵-碳化钛纳米片的反应前驱体；