[發明專利]一種脈沖電沉積制備納米鉑/鈀二氧化鈦納米管復合電極的方法

有效

• 申請號: 201210211269.5
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102703942A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 李洪義;王金淑;劉曼
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C25D5/18
• 分類號: C25D5/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

一種脈沖電沉積制備納米鉑/鈀二氧化鈦納米管復合電極的方法，屬于復合電極技術領域。

背景技術

TiO₂納米管陣列由于其特殊結構而產生表面效應、量子尺寸效應等，具有比表面積大、穩定性較高、耐酸耐堿強、光電催化性能好等特點，是催化劑載體最理想的電極材料，在光電催化領域具有十分廣闊的應用前景。將催化活性高的貴金屬納米微粒與TiO₂納米管結合起來，能夠得到催化活性高、性能穩定的新型電極，已經引起廣泛重視。

目前研究較多的是納米鉑修飾二氧化鈦納米管電極，存在電流密度低、中毒嚴重、催化性能不高的缺點。由于鈀具有良好的分散性，能夠阻止鉑在TiO₂納米管上的團聚，鉑和鈀的協同作用顯著提高了電極的電催化活性和抗CO中毒性。

目前一般采用直流電化學沉積的方法在二氧化鈦納米管上沉積納米貴金屬顆粒，此法的不足是電流密度很低、析氫和濃差極化嚴重、沉積層不均勻。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種脈沖電沉積制備納米鉑/鈀修飾二氧化鈦納米管電極的新技術，以脈沖電沉積的方法和簡單穩定的工藝制得性能良好的Pt-Pd/TiO₂/Ti納米管電極，克服直流沉積時電流密度低和析氫反應嚴重的難題。本發明不僅可以大幅度提高電極的電催化活性，而且性能穩定，降低了催化劑的中毒性。

為實現上述目的，本發明的制備過程包括以下步驟：

（1）將鈦片在砂紙上打磨后，用丙酮超聲清洗除掉表面油污，再放入酒精中超聲清洗，然后用蒸餾水沖洗干凈，干燥后做為電極基底；

（2）采用恒壓直流陽極氧化法原位制備二氧化鈦納米管以鈦片為陽極，石墨為陰極，電解液為1～5g/L?NH₄HF₂、50～200g/L?H₂O的乙二醇溶液，溫度控制在10～30℃，電壓設置為10～60V，時間為1～6h，期間采用磁力攪拌，在鈦片表面原位生成TiO₂納米管；

（3）將步驟（2）制得的TiO₂納米管在350～500℃下進行熱處理，時間為1～4h，隨爐冷卻；

（4）以步驟（3）TiO₂納米管為工作電極，純鉑電極為對電極，浸入含鉑、鈀的電解液中進行脈沖電沉積，脈沖波形為：陰極脈沖電流密度為-～-35050mA/cm²、陽極脈沖電流密度為50～350mA/cm²，陰極、陽極脈沖導通時間均為1～6ms，關斷時間1s，電沉積時間為5～25min，溫度為室溫，沉積過程采用磁力攪拌；陰極、陽極脈沖導通時間可以相同也可以不同，電沉積過程中的一個周期脈沖波形示意圖見圖1。

5）沉積結束后，用蒸餾水沖洗、吹干，制得納米鉑/鈀修飾二氧化鈦納米管電極。

上述所配制的沉積電解液中分別含有1.0～4.0mM氯鉑酸、0.5～20mM氯化鈀、0.5M硫酸，其余為去離子水。優選氯鉑酸的摩爾濃度是氯化鈀的4倍。

本發明的有益效果是：

脈沖電沉積特別是脈沖導通時間是毫秒級時可使用非常大的脈沖電流密度，使得金屬離子在極高過電位下沉積，不僅可以減小納米顆粒尺寸，為幾個納米增大比表面積，還可以降低析氫等副反應所占的比例。并且增大了陰極活化極化，降低了電解液的濃差極化。用此法制得納米鉑/鈀修飾二氧化鈦納米管電極具有優異的電催化性能，性能穩定，中毒減輕，有很大的經濟意義。由于采用了脈沖電沉積技術，相對于一般直流電沉積制得的電極，大大減少了沉積時間和貴金屬的使用量。所制備的復合電極中鉑/鈀納米顆粒均勻致密地負載在二氧化鈦納米管上，包括納米管的表面和納米管中。本發明制備的納米鉑/鈀修飾二氧化鈦納米管電極與單一納米鉑修飾二氧化鈦納米管電極相比，具有更高的電催化活性，在光電催化領域具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1：電沉積過程中的一個周期脈沖波形示意圖；

圖2：具體實施例1制得電極的催化甲醇CV曲線；

圖3：具體實施例2制得電極的催化甲醇CV曲線；

圖4：具體實施例3制得電極的催化甲醇CV曲線；

圖5：具體實施例4制得電極的催化甲醇CV曲線；

圖6：具體實施例2制得電極的表面SEM形貌圖；

圖7：具體實施例2制得電極的XRD圖。

具體實施方式