[發(fā)明專利]一種制備自支撐二氧化鈦負(fù)載貴金屬催化劑的方法

有效

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• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111744471B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓一帆;張利利;沈懿陽;馬煒;鄭金友
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類號: B01J23/42
• 分類號: B01J23/42;B01J23/44;B01J23/46;B01J23/52;B01J37/34
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 張志軍

本發(fā)明涉及一種制備自支撐二氧化鈦負(fù)載貴金屬催化劑的方法，屬于新型材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明以鈦片為基底，通過電化學(xué)陽極氧化得到二氧化鈦納米管陣列；利用恒電流電沉積技術(shù)，在二氧化鈦納米管陣列上負(fù)載貴金屬納米粒子，可得到自支撐二氧化鈦負(fù)載低貴金屬催化劑。本發(fā)明采用的方法溫和高效，制備過程簡單，可操作性強(qiáng)，適合大批量生產(chǎn)，所制備的自支撐二氧化鈦負(fù)載低貴金屬催化劑在電催化、光電催化領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的技術(shù)方案涉及新型材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用電鍍技術(shù)制備自支撐二氧化鈦負(fù)載貴金屬催化劑的方法。

背景技術(shù)

為保證清潔能源被高效可持續(xù)利用，將能源以化學(xué)能的形式存儲于能源載體中已成為當(dāng)今社會可持續(xù)發(fā)展的迫切需求（World Energy Outlook, International EnergyAgency, 2019, https://www.iea.org/weo2019/）。氫氣（H₂），作為一種零排放的無碳燃料，它的能量密度為33.3 kW h kg^-1，約為傳統(tǒng)化石燃料（如甲烷、汽油和柴油）的2.5倍，被認(rèn)為是最有前途的清潔能源載體（Renew. Sustain. Energy Rev., 2010, 14, 1293-1302）。因此，制定切實(shí)可行、可持續(xù)的高效產(chǎn)氫戰(zhàn)略是完全必要的。電催化或光電催化水分解反應(yīng)（H₂O → H₂ + 1/2O₂）提供了一種清潔、高效、有發(fā)展前景的可持續(xù)制氫技術(shù)（Adv.Sci., 2018, 5, 1700464；Energy Environ.Sci., 2016, 9, 709-728），但其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用在析氫催化劑的成本和催化性能方面仍存在局限性：（1）鉑族貴金屬催化劑的價格昂貴且儲量有限，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用；（2）催化劑穩(wěn)定性較差，其維持高效率電解水產(chǎn)氫的壽命較低。

針對這些局限，近年來，析氫催化劑的相關(guān)研究主要是圍繞低貴金屬材料進(jìn)行（Nat. Commun., 2015, 6, 6430；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 4047-4056），取得了一些進(jìn)展，在降低貴金屬用量的同時提高了催化劑的析氫性能。但是，大多數(shù)低貴金屬催化劑是具有零維或一維納米結(jié)構(gòu)的粉末，為提高分散性，普遍采用碳材料作為載體。由于貴金屬活性組分與載體之間的相互作用較弱，需要添加Nafion等粘結(jié)劑，不僅影響了催化劑的活性，在電解過程中更易發(fā)生活性組分的團(tuán)聚甚至脫落，催化劑結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性導(dǎo)致活性下降。并且，低貴金屬催化劑表面生成的H₂分子要累計到一定的量才能形成可以脫附的氣泡，擴(kuò)散到電解質(zhì)溶液中。伴隨著氫氣的產(chǎn)生和逐漸富集，電極表面對水分子的吸附受阻，從而導(dǎo)致催化劑活性和產(chǎn)氫效率的降低。因此，有必要制備自支撐多孔結(jié)構(gòu)的低貴金屬催化劑作為電催化或光電催化水分解制氫的電極材料，以提高析氫能效和經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有析氫催化劑存在的問題，本發(fā)明提供一種利用電鍍技術(shù)制備自支撐二氧化鈦負(fù)載貴金屬催化劑的方法，制備方法溫和高效，過程簡單，可操作性強(qiáng)，可規(guī)模化生產(chǎn)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種利用電鍍技術(shù)制備自支撐二氧化鈦負(fù)載低貴金屬催化劑的方法，按照以下步驟進(jìn)行：

一種制備自支撐二氧化鈦負(fù)載低貴金屬催化劑的方法，步驟如下：

（1）常溫下，將鈦片置于含丙三醇、氟化銨、水和濃H₂SO₄的混合溶液中，利用陽極氧化法可得到不同尺寸的二氧化鈦納米管陣列；

（2）將得到的二氧化鈦納米管陣列置于溶有次磷酸鈉和貴金屬的混合水溶液中，在室溫下，采用恒電流沉積得到自支撐二氧化鈦負(fù)載貴金屬催化劑。