[發(fā)明專利]一種Pd/TiO2@CNT催化劑及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210073402.5
• 申請日: 2012-03-20
• 公開（公告）號: CN102744058A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設計）人: 王冰;周丹丹;丁亮;崔皓;安浩;康晉芳;翟建平
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01J23/44
• 分類號: B01J23/44
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

?

技術領域

本發(fā)明屬于無機材料領域，具體涉及一種催化材料及其制備方法，特別是一種具有高電化學還原特性的Pd/TiO2CNT催化劑及其制備方法。

背景技術

近年來，關于制備高電化學活性和穩(wěn)定性的催化材料，并將制備的材料運用于電化學檢測，燃料電池，污染物的氧化還原的研究，受到了材料和電化學領域的專家們的青睞。特別是優(yōu)良的電催化材料的制備，更是研究的重點之一。鈀納米材料具有良好的電催化活性，但是純鈀納米材料容易發(fā)生團聚，嚴重限制了材料的催化能力。為了提高貴金屬材料鈀的電催化活性和利用率，一般將金屬鈀納米材料負載在比表面積較大的材料上，如活性炭、碳納米管、腐植酸等。

近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，將氧化物作為載體材料（碳納米管）和催化活性材料（鈀納米顆粒）的中間載體，不僅可以提高材料的電催化活性，使用壽命，還可以增強材料的抗腐蝕能力，降低材料表面活性區(qū)域的退化能力。其中，二氧化鈦因其具有廉價，易制備，在水體中性質(zhì)穩(wěn)定和易于控制其結構和大小等優(yōu)點，受到更多的重視。但是，由于二氧化鈦為半導體材料，一般情況下其導電率較低，簡單的將二氧化鈦納米材料混合或者摻雜到催化劑中對催化劑性能改善不明顯。因此，我們需要對二氧化鈦納米材料表面進行改性。碳納米管材料具有獨特的管狀結構，高的比表面積，良好的電化學穩(wěn)定性和高的電導率，作為催化劑的載體材料得到廣泛應用。如果將改性后的二氧化鈦材料與改性后的碳納米管材料復合在一起形成復合載體材料，再將鈀納米顆粒負載到TiO2CNT復合載體上，可以顯著的增強催化劑的電催化能力。

?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種具有高電催化活性的Pd/TiO₂CNT催化劑及其制備方法。

本發(fā)明的Pd/TiO₂CNT催化劑，是以Pd納米顆粒為催化活性組分，以TiO₂CNT為復合材料的載體的催化劑，其中Pd的質(zhì)量分數(shù)為15～20%，余量為TiO₂和CNT，TiO₂與CNT的質(zhì)量比為1.5:1～2.0:1。

此外，本發(fā)明還提供了制備上述Pd/TiO₂CNT催化劑的方法，包括以下步驟：

1）??將碳納米管置于濃硫酸和濃硝酸的混合酸中，?80～100?°C恒溫超聲反應6～8?h，去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，低溫干燥，得到功能化的碳納米管材料；

2）??將二氧化鈦粉末置于馬弗爐中，于500～700?°C煅燒，待冷卻后，分散于0.2～0.6?M的硝酸溶液中，在攪拌條件下，反應1～3?h，去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，60～80?°C干燥，得到改性后的二氧化鈦材料；

3）??將步驟2）得到的二氧化鈦粉末，分散于去離子水中，快速攪拌10～15?min后，再加入步驟1）得到的碳納米管材料，繼續(xù)攪拌20～30?min，然后緩慢加入異丙醇，繼續(xù)攪拌20～40?min，再加入乙二醇，繼續(xù)攪拌6～8?h，洗滌過濾，至醇類物質(zhì)完全被洗凈為止，干燥，得到TiO₂CNT復合載體材料；

4）??取PdCl₂?材料8～12?mg?分散于去離子水中，于50°C恒溫超聲20～30?min，制得均勻的PdCl₂的水溶液；

5）??取步驟3）制得的TiO₂CNT復合載體材料40～60?mg，攪拌分散于去離子水中，持續(xù)快速攪拌10～15?min后，逐滴加入步驟4）得到的PdCl₂水溶液，繼續(xù)攪拌1～2?h后，緩慢加入過量還原劑硼氫化鈉，繼續(xù)攪拌6～8?h后，充分洗滌過濾，烘干，得到Pd/TiO₂CNT。

作為本發(fā)明的改進，步驟1）中混合酸中濃硫酸與濃硝酸的體積比最好為3:1。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術比較具有以下有益效果：

鈀納米材料具有良好的電催化活性，但是純鈀納米材料易發(fā)生團聚，嚴重限制了材料的催化能力。將二氧化鈦作為載體材料（碳納米管）和催化活性材料（鈀納米顆粒）的中間載體，不僅可以提高材料的電催化活性，使用壽命，還可以增強材料的抗腐蝕能力，降低材料表面活性區(qū)域的退化能力。但是，由于二氧化鈦是半導體材料，一般情況下其導電率較低，簡單的將二氧化鈦納米材料混合或者摻雜到電催化劑中對催化劑性能改善不明顯。