[發(fā)明專利]一種基于浸漬提拉?電沉積法制備石墨烯?nafion修飾的鈦網(wǎng)載鈀電極的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710487239.X
• 申請(qǐng)日: 2017-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN107324452A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫治榮;麻曉越;王雪云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/461
• 分類號(hào): C02F1/461;C02F1/70;C25D3/50;C02F101/36;C02F101/34
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11203
• 代理人: 張立改

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電催化領(lǐng)域，特別涉及基于浸漬提拉-電沉積技術(shù)制備石墨烯-nafion修飾的鈦網(wǎng)載鈀電極的方法，該電極可用于環(huán)境水體中氯代酚類有機(jī)物的電催化還原降解。

背景技術(shù)

電催化是一種高效、無二次污染、易于操作的方法，在處理廢水時(shí)不受生物毒性的影響，可以處理高濃度、高毒性的廢水；電化學(xué)技術(shù)可以在常溫常壓下進(jìn)行，通過改變外加電場而達(dá)到有效控制反應(yīng)方向和反應(yīng)速率的目的。在陰極的電化學(xué)氫解還原過程主要是通過陰極電解水分子或氫離子的析氫作用，產(chǎn)生具有強(qiáng)還原性的原子氫(H)，原子氫在電極表面活化成為活性氫(H_ads)，活性氫攻擊有機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物分子中C-R鍵斷裂和氫原子的加成，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的降解。

石墨烯(rGO)是一種優(yōu)異的電學(xué)材料，通過化學(xué)改性的方法可以對(duì)其導(dǎo)電性進(jìn)行控制，石墨烯具有低噪音的特點(diǎn)，在電子學(xué)中有良好的應(yīng)用。石墨烯還具有良好的力學(xué)與熱學(xué)性能，在復(fù)合材料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。將石墨烯負(fù)載于基體表面，可以增大電極的比表面積，增加催化劑的附著位點(diǎn)，提高電極催化性能。Nafion具有良好的導(dǎo)電性、抗污染性和化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于電極修飾。

本發(fā)明將石墨烯均勻分散于nafion-甲醇溶液中，以Ti網(wǎng)為基體材料，采用浸漬提拉的方法，在Ti網(wǎng)表面負(fù)載石墨烯。再在恒定電流下通過電鍍的方法將金屬Pd負(fù)載于石墨烯表面，以制備石墨烯-nafion修飾的鈦網(wǎng)載鈀電極，提高了催化能力和電極的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種有較高電催化還原能力和穩(wěn)定性的石墨烯/nafion修飾的鈦網(wǎng)載鈀電極，并提供了上述電極的制備方法。

本發(fā)明所提供的一種Pd/rGO-nafion/Ti電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鈦(Ti)網(wǎng)依次用Na₂CO₃和草酸處理，去除Ti網(wǎng)表面的油和氧化物，然后用去離子水沖洗干凈，氮?dú)獯蹈蓚溆茫?/p>

(2)配制nafion質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1～0.5wt％的nafion-甲醇溶液，向nafion-甲醇溶液中加入一定量的石墨烯(rGO)，超聲波分散均勻，制成rGO濃度優(yōu)選為0.2～1g/L的均勻分散液；

(3)采用浸漬提拉法，將步驟(1)中處理后的Ti網(wǎng)浸漬于步驟(2)中制備的石墨烯分散液中一定時(shí)間，優(yōu)選10～20s，以勻速將Ti網(wǎng)從石墨烯分散液中提拉出，室溫晾干，反復(fù)浸漬提拉多次，如1～10次，將rGO-nafion層負(fù)載于Ti網(wǎng)表面，室溫晾干后制得rGO-nafion/Ti電極；

(4)配制濃度為2～15mmol/L的氯化鈀(PdCl₂)溶液，用鹽酸(HCl)將溶液pH調(diào)節(jié)至0.1～0.9，用作電鍍液；

(5)以步驟(3)制備的rGO-nafion/Ti電極為陰極，以鉑片為陽極，以步驟(4)制備的PdCl₂溶液為電鍍液，采用恒定電流法在rGO-nafion/Ti電極表面電沉積Pd，制得Pd/rGO-nafion/Ti電極，其中電流密度為2.5～7.5mA/cm²，電沉積時(shí)間為15～75min。

本發(fā)明所述的一種制備rGO-nafion修飾的鈦網(wǎng)載鈀電極的方法有以下特點(diǎn)：

(1)nafion溶液具有良好的成膜性能，將rGO分散于nafion溶液中，浸漬提拉后可以在鈦網(wǎng)表面得到均勻穩(wěn)定的rGO-nafion修飾層，有利于進(jìn)一步電沉積Pd。

(2)采用浸漬提拉法負(fù)載rGO，通過改變r(jià)GO濃度和浸漬提拉次數(shù)，可以方便的控制rGO在鈦網(wǎng)表面的含量。

(3)采用電沉積的方法負(fù)載金屬Pd，可以使得Pd能夠穩(wěn)定的沉積在rGO-nafion/Ti電極表面，提高了Pd/rGO-nafion/Ti電極的整體穩(wěn)定性和催化活性。

本發(fā)明所制備的Pd/rGO-nafion/Ti電極可用于處理環(huán)境水體中的氯代酚類有機(jī)物，通過施加恒定電流，可以將氯酚上的氯脫除，降低其毒性。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和實(shí)施例4所制備的Pd/rGO-nafion/Ti電極的CV曲線圖。其中：(1)實(shí)施例1制備電極的光電流響應(yīng)曲線圖；(2)實(shí)施例2制備電極的光電流響應(yīng)曲線圖；(3)實(shí)施例3制備電極的光電流響應(yīng)曲線圖；(4)實(shí)施例4制備電極的光電流響應(yīng)曲線圖。

圖2為實(shí)施例3所制備的Pd/rGO-nafion/Ti電極的表面SEM圖。