[發明專利]Pt－TiO2/Ti復合電極及其制備方法

無效

• 申請號: 200710019751.8
• 申請日: 2007-02-09
• 公開（公告）號: CN101113525A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: 陶杰;秦亮;王玲;陶海軍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C25B11/04
• 分類號: C25B11/04
• 代理公司: 南京蘇高專利事務所
• 代理人: 闕如生

一、技術領域

本發明涉及一種以純鈦基板的Pt-TiO₂/Ti復合電極及其制備方法，涉及電極材料和制備工藝。

二、背景技術

鈦及其鈦合金具有極好的耐腐蝕性，而且鈦本身具有極好的導電性。因此，這些材料成為用于電極的材料。TiO₂/Ti是一種高度耐腐蝕性的基體電極材料，Pt是一種在直接甲醇燃料電池(DMFC)和電解工業等領域廣泛使用的優良電催化劑，使用Pt和TiO₂制成復合電極已是研究的重點。

目前，對TiO₂納米粉體、納米膜和摻雜的TiO₂納米復合材料的制備、結構相變及催化性能的研究較為普遍，而對TiO₂納米管的光電性能、應用研究報道得不多。TiO₂納米管是TiO₂的又一種存在形式，由于納米管比納米膜具有更大的比表面積，因而具有較高的吸附能力，可望提高TiO₂光電轉換效率、光催化性能，特別是如果能在管中裝入更小的無機、有機、金屬或磁性納米粒子組裝成復合納米材料，那將會大大改善TiO₂的光電、電磁及催化性能。

TiO₂納米管的制備方法目前報道的有模板法、化學處理法和電化學陽極氧化法。模板法合成的TiO₂納米管的管徑大，管壁厚，比表面積小，屬于銳鈦礦型；化學處理法合成的TiO₂納米管的管徑小，管壁薄，比表面積大，屬于無定型；電化學陽極氧化法合成的TiO₂納米管管壁較自然形成的TiO₂納米管管壁厚些，具有半導體特性，屬于無定型。前兩種方法都需要先制備二氧化鈦溶膠，然后煅燒，制得二氧化鈦粉末。模板法通常是以多孔陽極氧化鋁(PAA)為模板，然后通過電化學沉積法、溶膠-凝膠法、溶膠-凝膠-聚合法等技術來獲得TiO₂納米管。這種方法存在的問題是：得到的納米管的內徑一般較大，并受模板形貌的限制，而且制備過程及工藝復雜?；瘜W處理法主要是通過水熱法將二氧化鈦溶膠煅燒后得到的粉末在水熱條件下用堿液進行洗，得到TiO₂納米管。這種方法存在的問題是：所制備的TiO₂納米管電極并沒有實現真正一體化，穩定性差，且TiO₂納米管容易從基體上剝落，不適合用作反應中的電極；并且工藝復雜。

鉑具有優異的析氫電催化活性，廣泛運用于各種電池、氫參比電極中，并且是燃料電池的最好的電催化劑。但由于鉑價格昂貴，因此為降低成本，節約用量，在實際應用中，通常在惰性基底上鍍一薄層鉑。且在具有極好耐腐蝕性的鈦基體上鍍鉑所制得的電極比多晶鉑具有更大的比表面積、電催化活性更好。

目前沉積鉑時采用的基體一般為惰性材料，如鈦基體，碳納米管，多孔二氧化鈦膜等，采用的方法一般為直流電沉積。以鈦為基體電沉積鉑得到的電極，在尺寸穩定性陽極中，電解液對鈦基體會產生鈍化，阻礙電極的電化學性能充分發揮，因此在鈦基體于鉑氧化物之間設置氧化鈦阻擋層可以阻止電解質對鈦基體的腐蝕，氧化鈦阻擋層的穩定性和電化學性能往往取決于氧化層以及氧化前鈦基體的制備方式，因此這與氧化鈦阻擋層的制備方式有密切關系。以碳納米管為基體沉積鉑，制備工藝比較復雜，并且負載在碳納米管上的鉑容易發生團聚，負載的鉑有限，影響鉑電催化性能的發揮。另外，在多孔納米二氧化鈦膜上沉積鉑也有研究，但制備多孔納米二氧化鈦膜一般采用微弧氧化進行，所需電壓比較高，實驗有一定危險性，并且得到的二氧化鈦為納米或微米級的多孔狀，不利于沉積鉑的分散，比表面積小，會降低對降解物的吸附量，也影響電極的電催化性能發揮。

三、發明內容

本發明的目的和任務是克服現有技術存在的：(1)只能制備粉體的TiO₂納米管，而不能制作TiO₂納米管電極；(2)制作工藝復雜的不足，并提供一種在純鈦片或鈦合金片表面制備TiO₂納米管，進而可以直接制得一體化得TiO₂納米管電極，(3)制備工藝復雜且催化效果不佳的不足，提供一種簡單易行的方法在TiO₂納米管電極上沉積納米鉑得到Pt-TiO₂/Ti復合電極，并將其應用于電催化降解甲醇，特提出本發明的Pt-TiO₂/Ti復合電極及其制備方法的技術解決方案。