[發(fā)明專(zhuān)利]鈀/二氧化鈦/碳納米管復(fù)合催化劑及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310009864.5
• 申請(qǐng)日: 2013-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103055850A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李琴;丁亮;周丹丹;崔皓;翟建平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J23/44
• 分類(lèi)號(hào): B01J23/44
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料和納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及鈀/二氧化鈦/碳納米管復(fù)合催化劑材料及其制備方法。

背景技術(shù)

自上個(gè)世紀(jì)90年代開(kāi)始納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展以來(lái)，納米材料的制備一直是納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的重要的核心內(nèi)容。目前，納米材料的制備方法研究已成為新材料開(kāi)發(fā)的一個(gè)十分活躍的課題。

鈀具有極佳的物理與化學(xué)性能，耐高溫、耐腐蝕、耐磨損和具有極強(qiáng)的伸展性。碳負(fù)載的鈀金屬納米粒子的鈀/碳材料以其優(yōu)異的催化性能，作為化學(xué)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(yīng)用。

眾所周知，催化劑載體對(duì)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(fù)載貴金屬鈀納米粒子對(duì)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(xué)性能和良好的導(dǎo)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(qiáng)鈀基催化劑的電催化性能和提高鈀催化劑的利用率，業(yè)界正在都在對(duì)碳納米管負(fù)載鈀催化劑進(jìn)行著深入的研究。

與此同時(shí)，二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N半導(dǎo)體材料，被廣泛研究應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，本發(fā)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(yīng)用乙醇燃料電池。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)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(fù)合催化劑材料及相應(yīng)的兩種制備方法。

本發(fā)明所述的一種鈀/二氧化鈦/碳納米管復(fù)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(fù)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(zhì)量為碳納米管（MWNT）質(zhì)量的10～20%，二氧化鈦（TiO₂）的質(zhì)量為碳納米管（MWNT）質(zhì)量的10-50%。

上述鈀/二氧化鈦/碳納米管復(fù)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(guò)濾，至濾液pH值為中性，低溫干燥，得到功能基團(tuán)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(yīng)活化22～24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后去離子水洗滌過(guò)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(zhì)量為碳納米管質(zhì)量的10～20%，持續(xù)攪拌1～2?h后，逐滴加入過(guò)量還原劑，并繼續(xù)攪拌3～4?h，反應(yīng)完全后過(guò)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(zhì)量為碳納米管質(zhì)量的10～50%，持續(xù)攪拌4～6?h；將溶液過(guò)濾洗滌3～4次，烘干后得到二氧化鈦/鈀/碳納米管復(fù)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(guò)濾，至濾液pH值為中性，低溫干燥，得到功能基團(tuán)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(yīng)活化22～24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后去離子水洗滌過(guò)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(zhì)量為碳納米管質(zhì)量的10～50%，并持續(xù)攪拌；向該溶液中加入氯化鈀水溶液，其中鈀的質(zhì)量為碳納米管質(zhì)量的10～20%，持續(xù)攪拌1～2?h后，逐滴加入過(guò)量還原劑，并繼續(xù)攪拌3～4?h，反應(yīng)完全后過(guò)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(fù)合催化劑材料。