[發明專利]用于甲醇電氧化陽極催化劑載體的錫摻雜二氧化鈦的制備方法

有效

• 申請號: 201410100352.4
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN103816942A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 劉春濤;李亞北;劉艷瑩;谷宇;王闊;劉晨
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: B01J32/00
• 分類號: B01J32/00;B01J23/14;H01M4/90
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及用于甲醇電氧化陽極催化劑載體的制備方法。

背景技術

近年來，直接甲醇燃料電池得到廣泛的關注和研究。因為其具有較高的效率，低排放以及環境友好等優點。相比較與傳統熱機發電，直接甲醇燃料電池繞開卡諾循環，降低能量損失，并且能在較低的溫度下實現化學能向電能的轉換。

但是，直接甲醇燃料電池依然難以實現商業化生產。其中陽極催化效率低，Pt活性位點易被甲醇氧化反應中產生CO和CO類中間產物度化，貴金屬Pt成本高等問題都是其阻礙。

目前，普遍用于甲醇電氧化催化劑載體的材料為碳材料，商業Pt/C催化劑得到了廣泛的應用。然而，以C為催化劑載體，仍然有問題存在。

（1）C材料比表面積較小，所擔載的Pt金屬不能很好的分散；

（2）Pt金屬用于甲醇電氧化，反應動率低，C作為載體材料，跟Pt催化劑之間基本沒有交互作用，無法達到助催化的效果；

（3）在酸性環境中，當施加電壓超過0.9V，碳載體會發生C腐蝕反應，進而導致Pt的遷移和團聚，使催化活性降低，不利于催化劑的穩定性；

（4）在電氧化反應過程中，C易被氧化生成CO類中間產物，占據Pt催化劑活性位點，使其中毒，催化活性降低；

TiO₂做為一種有較好的催化效果半導體氧化物，因其具備無毒無害，耐酸堿環境且價格便宜易得等優點，被廣泛應用與光催化劑，太陽能燃料電池催化劑以及催化劑載體等領域，然后二氧化鈦載體依舊存在較多問題：

（1）比表面積較低，現有二氧化鈦載體比表面積為89m²·g；

（2）二氧化鈦載體導電性低，不利于跟金屬催化劑交互作用；

（3）二氧化鈦載體表面氧空穴較少，催化劑雙功能機理不能很好的發揮作用。

因此以TiO₂為基礎制備出使Pt催化劑具有高活性和高穩定性的載體是具有重要實踐意義的。

發明內容

本發明是為解決現有用于甲醇電氧化陽極催化劑的載體存在比表面積小，反應動率低以及制備方法存在的反應溫度高，反應時間長的問題，而提供一種用于甲醇電氧化陽極催化劑載體的錫摻雜二氧化鈦的制備方法。

本發明的用于甲醇電氧化陽極催化劑載體的錫摻雜二氧化鈦的制備方法按以下步驟進行：

一、向五水四氯化錫中加無水乙醇，攪拌使其溶解，得到氯化錫溶液；所述的五水四氯化錫的質量與無水乙醇的體積的比為0.1g：（6～150）mL；

二、依次向步驟一得到的氯化錫溶液中加入濃硝酸和去離子水，然后在轉速為120r/min～240r/min的磁力攪拌下攪拌25min～35min；所述的步驟一得到的氯化錫溶液中五水四氯化錫的質量與步驟二中濃硝酸的體積的比為（8～12）g：1mL；所述的步驟一得到的氯化錫溶液中五水四氯化錫的質量與步驟二中去離子水的體積的比為（8～12）g：1mL；

三、向步驟二后的溶液中滴加酞酸丁酯，然后繼續在轉速為120r/min～240r/min的磁力攪拌下攪拌2.5h～3.5h，得到黃色膠體溶液；所述的步驟一得到的氯化錫溶液中五水四氯化錫與步驟三中酞酸丁酯的摩爾比為1：（8～10）；

四、將步驟三得到的黃色膠體溶液置于500W～700W的微波條件下放置3min～5min，得到含白色沉淀的混合溶液；

五、將步驟四得到的含白色沉淀的混合溶液離心抽濾后烘干，再放入石英舟中，然后置于管式馬弗爐中煅燒，煅燒溫度為400～600℃，煅燒時間為2h～5h，得到用于甲醇電氧化陽極催化劑載體的錫摻雜二氧化鈦Ti_0.9Sn_0.1O₂。

本發明有益效果：

本發明的方法通過將Sn金屬摻入TiO₂，Sn金屬的摻入可導致TiO₂晶格畸變增多，使其晶格缺陷增加，從而提高比表面積以增強Pt的分散性和穩定性，又由于晶格缺陷的增加以及Sn元素對TiO₂電子結構的影響，載體表面出現大量氧空穴，能夠對CO和CO類中間產物進行氧化以釋放Pt活性位，提高了Pt催化劑的活性和穩定性。本發明制備的用于甲醇電氧化陽極催化劑載體的錫摻雜二氧化鈦Ti_0.9Sn_0.1O₂具有如下優點：