[發明專利]鈀/二氧化鈦/碳納米管復合催化劑及其制備方法

無效

• 申請號: 201310009864.5
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103055850A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 李琴;丁亮;周丹丹;崔皓;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

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技術領域

本發明屬于無機材料和納米材料技術領域，具體涉及鈀/二氧化鈦/碳納米管復合催化劑材料及其制備方法。

背景技術

自上個世紀90年代開始納米技術的蓬勃發展以來，納米材料的制備一直是納米科學與技術領域的重要的核心內容。目前，納米材料的制備方法研究已成為新材料開發的一個十分活躍的課題。

鈀具有極佳的物理與化學性能，耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和具有極強的伸展性。碳負載的鈀金屬納米粒子的鈀/碳材料以其優異的催化性能，作為化學化工中的催化劑，尤其是作為燃料電池中的催化劑得到了廣泛的應用。

眾所周知，催化劑載體對催化劑的性能有很大的影響。活性碳、XC-72納米碳、碳納米管等都是一些不同形式和形貌的碳材料，也是常用的催化劑載體。這些不同的碳材料作為載體負載貴金屬鈀納米粒子對催化劑的電催化性能有很大的影響。碳納米管因其具有良好的力學性能和良好的導電性能，在將其作為催化劑載體放面受到了廣泛的研究。為了增強鈀基催化劑的電催化性能和提高鈀催化劑的利用率，業界正在都在對碳納米管負載鈀催化劑進行著深入的研究。

與此同時，二氧化鈦作為一種半導體材料，被廣泛研究應用于光催化領域，本發明嘗試將其添加到鈀/碳納米管（Pd/MWNT）材料中，以期提高材料的催化活性，并作為催化劑材料應用乙醇燃料電池。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種具有高電催化活性的鈀/二氧化鈦/碳納米管復合催化劑材料及相應的兩種制備方法。

本發明所述的一種鈀/二氧化鈦/碳納米管復合催化劑，其以鈀納米顆粒（Pd）為催化活性組分，以二氧化鈦（TiO₂）和碳納米管（MWNT）為復合載體材料，其中金屬鈀納米顆粒和二氧化鈦均勻的分布在碳納米管上；且鈀（Pd）的質量為碳納米管（MWNT）質量的10～20%，二氧化鈦（TiO₂）的質量為碳納米管（MWNT）質量的10-50%。

上述鈀/二氧化鈦/碳納米管復合催化劑的制備方法有兩種。

第一種制備方法包括以下步驟：

1）碳納米管置于濃硫酸和濃硝酸的混合酸中，70～90?°C恒溫超聲6～8?h，去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，低溫干燥，得到功能基團化的碳納米管材料；超聲分散于去離子水中，得到碳納米管溶液；

2）將二氧化鈦粉末置于馬弗爐中，700～800?°C煅燒4～6?h，待冷卻后，置于10?M?NaOH中110～120?°C反應活化22～24小時，反應結束后去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，干燥，得到活化后的二氧化鈦納米顆粒；

3）將氯化鈀分散于去離子水中，超聲20～30?min，制得均勻的氯化鈀溶液；

4）將氯化鈀水溶液與碳納米管溶液共混，其中鈀的質量為碳納米管質量的10～20%，持續攪拌1～2?h后，逐滴加入過量還原劑，并繼續攪拌3～4?h，反應完全后過濾，用去離子水洗滌至濾液呈中性；

5）將步驟4）制得的鈀/碳納米管超聲分散于去離子水中，加入步驟2）活化后的納米二氧化鈦粉末，其中二氧化鈦的質量為碳納米管質量的10～50%，持續攪拌4～6?h；將溶液過濾洗滌3～4次，烘干后得到二氧化鈦/鈀/碳納米管復合催化劑材料。

第二種制備方法包括以下步驟：

1）碳納米管置于濃硫酸和濃硝酸的混合酸中，70～90?°C恒溫超聲6～8?h，去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，低溫干燥，得到功能基團化的碳納米管材料；超聲分散于去離子水中，得到碳納米管溶液；

2）將二氧化鈦粉末置于馬弗爐中，700～800?°C煅燒4～6?h，待冷卻后，置于10?M?NaOH中110～120?°C反應活化22～24小時，反應結束后去離子水洗滌過濾，至濾液pH值為中性，干燥，得到活化后的二氧化鈦納米顆粒；

3）將氯化鈀分散于去離子水中，超聲20～30?min，制得均勻的氯化鈀水溶液；

4）將碳納米管溶液與步驟2）活化后的二氧化鈦共混，超聲分散，其中二氧化鈦的質量為碳納米管質量的10～50%，并持續攪拌；向該溶液中加入氯化鈀水溶液，其中鈀的質量為碳納米管質量的10～20%，持續攪拌1～2?h后，逐滴加入過量還原劑，并繼續攪拌3～4?h，反應完全后過濾，用去離子水洗滌至濾液呈中性，烘干后得到鈀/二氧化鈦/碳納米管復合催化劑材料。