[发明专利]一种TiO2@C负载PdAg直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法

摘要

本发明公开了多孔空心TiO₂@C负载PdAg直接甲醇燃料电池阳极催化剂及制备方法，产品由多孔空心TiO₂@C载体与PdAg纳米合金组成。本发明以高比表面的多孔空心TiO₂@C纳米载体与PdAg纳米合金复合形成多元催化剂。C的复合以及PdAg合金沉积在载体表面能提高TiO₂的导电性，C的复合以及PdAg合金的沉积对TiO₂的协同作用大大提高TiO₂对甲醇的催化氧化性能，同时，甲醇氧化产生的CO等中间产物被吸附、转移到复合催化剂表面，并被直接深度氧化为最终产物CO₂，另外，TiO₂@C纳米载体稳定，不易被氧化。由于PdAg的价格远低于贵金属Pt，且在催化剂中其用量较小，因此可以大大降低催化剂的成本，提高催化剂的抗CO毒化能力，因而可以大大降低直接甲醇燃料电池中催化剂的成本提高直接甲醇燃料电池的性能。

主权项

一种多孔空心TiO₂@C负载PdAg直接甲醇燃料电池阳极催化剂的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括下列步骤：(1)多孔空心TiO₂纳米球的制备：采用溶胶‑凝胶法，将计算量的钛酸丁酯溶于一定量的无水乙醇，加入一定量的表面活性剂PEG‑600和Vulcan XC‑72，搅拌下滴加无水乙醇、冰醋酸和去离子水的混合物，水解形成溶胶后继续搅拌，待形成凝胶后静置2‑3天，80℃真空干燥8‑10小时后得到的粉末研磨后在马弗炉中400‑600℃空气焙烧3小时，制得多孔空心TiO₂纳米球；制备溶胶时钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸、去离子水的用量摩尔比为：n_钛酸丁酯：n_无水乙醇：n_冰醋酸：n_去离子水＝1:20～40:1～2.5:2～6；PEG‑600用量为钛酸丁酯、无水乙醇、去离子水和冰醋酸总体积的1％；Vulcan XC‑72的用量为钛酸丁酯完全水解最后生成TiO₂理论量的30％；(2)多孔空心TiO₂@C纳米载体的制备：称取一定量的Vulcan XC‑72加入到去离子水中，超声分散30分钟，剧烈搅拌下加入计算量的多孔空心TiO₂纳米球，形成浆液，继续搅拌1小时，过滤，去离子水洗涤，80℃真空干燥，制得多孔空心TiO₂@C纳米载体；其中多孔空心TiO₂与C的质量比m_TiO2:m_C为1:1～3:7；(3)将多孔空心TiO₂@C纳米载体按50‑100毫克/毫升的比例加入到乙二醇中，超声分散均匀，形成多孔空心TiO₂@C分散液；(4)将Pd(NO₃)₂溶解到乙二醇中，形成5‑10毫克Pd/毫升的Pd(NO₃)₂/乙二醇溶液；(5)将AgNO₃溶解到乙二醇中，形成2‑4毫克Ag/毫升的AgNO₃/乙二醇溶液；(6)按最后合成的催化剂W_PdAg＝1％～3％，摩尔比n_Pd:n_Ag为7:3，1:1，或3:7的比例分别量取Pd(NO₃)₂/乙二醇溶液和AgNO₃/乙二醇溶液，滴加到多孔空心TiO₂@C分散液中，超声分散；(7)将NaOH溶解到乙二醇中，配制成NaOH浓度为2mol/L的NaOH乙二醇溶液；(8)将配制的NaOH乙二醇溶液滴加到步骤(6)得到的分散液中， 调节pH值为8.5‑12；(9)将KBH₄溶解到乙二醇中配制成KBH₄浓度为0.2‑0.5mol/L的KBH₄/乙二醇溶液；(10)搅拌，惰性气体保护，80‑90℃下，向pH值为8.5‑12的混合悬浮液中滴加KBH₄/乙二醇溶液，反应2‑6小时；(11)反应完毕后过滤，去离子水洗涤至滤出液中无氯离子和硫酸根离子，80‑120℃真空干燥，制得催化剂。