[发明专利]一种原子层沉积法制备铂/二氧化钛纳米管复合电极的方法

说明书

一种原子层沉积法制备铂/二氧化钛纳米管复合电极的方法，属于复合电极技术领域。该方法首先采用阳极氧化的方法在钛片表面制备出形状规则且均匀垂直排列的二氧化钛纳米管阵列，随后采用原子层沉积法将铂沉积到二氧化钛纳米管载体上，制备成铂/二氧化钛复合电极。通过原子层沉积这种方法得到的催化剂为单原子铂，显著降低了金属铂的用量，降低了成本，而且催化剂的性能也得到了很大的提高。

技术领域：

一种原子层沉积法制备铂/二氧化钛纳米管复合电极的方法，属于电催化技术领域。

背景技术：

能源和环境是当今世界发展面临的两大挑战。从工业革命开始，以煤、石油、天然气为主的传统非可再生能源极大地促进了社会的发展，但由于化石燃料的不可再生，能源消耗日益枯竭，长期发展下去，难以满足日益增长的城市化、工业化进展需求，另一方面，在化石燃料的消耗过程中产生的废气废渣对环境造成的危害不可估量，这些问题已经严重影响了生态的可持续发展，太阳能，风能等可再生清洁能源的开发和利用越来越重要。然而这些清洁能源的分布方式、采集方式具有很大的波动性，而且与用电高峰不能很好地匹配，这使得大规模使用这些清洁能源变得较为困难。一个潜在的解决方法是将太阳能和风能得到的部分电能暂时储存起来，当需要的时候再放出(削峰填谷)。考虑到清洁能源的利用规模，这种能量储存体系必须廉价和高效，而且易于保存和运输。通过电化学反应将水转化成氢能，可以实现由可再生清洁能源产生的电能向化学能的高效转化和储存，这有利于太阳能和风能等清洁能源的可持续开发和利用。同时与各类化石能源相比，在氢能的燃烧以及释放能量的过程中，产物只有水这一种无任何污染的物质。

目前通过电催化析氢来生产高纯度氢的方法，是利用现代可再生清洁能源产生的电能向化学能高效转化和储存的重要组成部分。水的电解是由阴极析氢和阳极析氧两个半反应所构成。采用电催化析氢(HER)的方法，利用可再生能源水作为最基本原料进行水的电解制氢，制备过程无任何污染物和含碳化合物的释放，是一种备受关注的化学转化方法。但是设计与制备析氢电催化剂对于反应十分关键，理想的催化剂需要具有三个特点：高活性，高稳定性和价格低廉。目前，Pt基类材料通常被认为是析氢反应(HER)最有效的电催化剂。但是，Pt资源稀缺，其高昂的价格限制了它作为电催化析氢催化剂的实际应用。因此开发高活性、高稳定性的催化剂成为电催化析氢的重中之重，也成为我们研究的重点。

原子层沉积是是一种可以将物质以单原子膜形式一层一层的镀在基底表面的方法。通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应而形成沉积膜的一种方法(技术)。这种方法得到的催化剂为单原子催化剂，可以显著降低了金属Pt的用量，降低成本。通过原子沉积法的到的催化剂的有优异的催化行稳定性。

发明内容：

本发明所要解决的问题是提供一种原子沉积法制备铂/二氧化钛纳米管复合电极的新技术，以原子沉积的工艺制备尺寸更小甚至是单原子结构，且降低铂的用量的更有效的方法。

一种原子层沉积法制备铂/二氧化钛纳米管复合电极的方法，具体包括以下步骤：

(1)首先对钛片进行打磨、去污、化学抛光，之后依次采用无水乙醇、去离子水超声处理以去除钛片表面的油污然后再将处理好的钛片浸泡在酸洗液中进行化学抛光，再用去离子水冲洗干净，干燥后用于制备催化剂载体；

(2)采用阳极氧化的方法制备二氧化钛纳米管，以钛为阳极，石墨为阴极，电解液为1～5g/L NH₄HF₂,50～200g/L NH₄H₂PO₄的混合溶液，温度为室温，电压设置为10～30V，时间为3～8h，期间采用磁力搅拌；

(3)将制得的二氧化钛纳米管在300℃-500℃的条件下进行热处理，时间为1～5h；