一种双异质结构电催化剂的制备方法及其应用

本发明专利属于电催化领域，具体涉及一种双异质结构电催化剂的制备方法及其应用。

背景技术：

1、tio2纳米材料具独特的性质，包括在酸性和碱性溶液中都具有良好的稳定性以及与金属材料有较强的内在反应可以有效的提高催化剂的活性。基于以上优点，tio2纳米材料特别适合作为贵金属pt催化剂的支撑材料。之前很多的研究是从tio2的形貌出发的，多种形貌的tio2被用作催化剂的支撑材料，应用在直接醇类燃料电池中。例如tio2纳米球，tio2纳米棒阵列，tio2纳米带，tio2纳米管以及tio2纳米颗粒等。在这些形貌中，三维结构的tio2材料作为负载基底在直接醇类燃料电池的应用中展现出更加优秀的电催化活性，这是由于三维结构的tio2可以提供更大的比表面积以及更多的通道结构，使得增加催化剂的活性位点用来吸附溶液中的醇类分子以及更快的移除催化过程中产生的中间产物。

2、此外，对于tio2纳米材料来说，它在自然界中可以以多种晶体形式存在。之前已经有很多的研究是关于锐钛矿tio2(anatase)和金红石tio2做为催化剂支撑物用在直接醇类燃料电池中。然而，锐钛矿和金红石tio2的导电性都比较差，因此限制了它们在醇类燃料电池中的应用。在寻找提高tio2材料导电性方法的过程中，tio2(b)进入了我们的视野。将tio2(b)引入到锐钛矿tio2中来，可以为提高材料的导电性提供一种新型的策略即提供一种电荷自行转移的驱动力。当tio2材料的两相界面是沿着一个方向连续，电子通过tio2锐钛矿相和tio2(b)的界面就会更加的快速。

3、因此，本专利尝试利用化学共沉淀法制备出pt/tio2(anatase-b)纳米片组装微米球样品，并发现将其作为催化剂在催化醇类燃料的应用中具有良好的性能。

技术实现思路

1、为了达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现的：一种双异质结构电催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：

2、s1、首先制备两相的tio2(anatase-b)纳米片组装微米球；

3、通常在室温条件下，将冰乙酸放入水热反应釜内胆中并持续搅拌；随后用小量筒迅速的量取钛酸四丁酯(tnbt)，并将溶液滴入搅拌中的冰乙酸溶液中，此后在室温环境下再继续搅拌；当混合溶液逐渐变为白色后，密封telfon，放入水热反应釜的外套内后，将其放入已经事先加温的马弗炉中；待反应后取出并冷却至室温；通过离心机离心分离得到白色产物，用去离子水和无水酒精反复清洗，之后将其置于鼓风干燥箱内干燥，即可获得前驱体产物；将干燥后的前驱体产物放入马弗炉中加热，并保温一段时间后自然降温至室温，得到最终产物tio2(anatase-b)纳米片组装微米球；

4、s2、利用制备好的tio2(anatase-b)纳米片组装微米球制备pt/tio2(anatase-b)纳米片组装微米球；

5、将称量好的氯铂酸溶解在去离子水中形成氯铂酸溶液；称取已经制备好的tio2(anatase-b)纳米片组装微米球，均匀的分散在氯铂酸溶液中；配制硼氢化钠水溶液，并向已经搅拌2个小时的包含tio2(anatase-b)纳米片组装微米球的氯铂酸溶液中逐滴加入；由于硼氢化钠水溶液极易分解而失去其强还原性，故每小时更换一次新配制溶液；在加入硼氢化钠水溶液的过程中包含tio2(anatase-b)纳米片组装微米球的氯铂酸溶液的颜色会逐渐变黑，直至最终溶液的颜色不再改变保持稳定后停止滴加硼氢化钠水溶液，此后继续搅拌，离心收集黑色样品，并使用无水乙醇与去离子水多次清洗；将已经清洗干净的样品，置于鼓风干燥箱内干燥，即可获得最终产物pt/tio2(anatase-b)纳米片组装微米球样品。

6、进一步地，所述的s1中制备两相的tio2(anatase-b)纳米片组装微米球的具体步骤包括：

7、s101、通常在室温条件下，将30ml的冰乙酸放入50ml的水热反应釜内胆中并持续搅拌；

8、s102、随后用5ml的小量筒迅速的量取1ml的钛酸四丁酯(tnbt)，并逐滴的将溶液滴入搅拌中的冰乙酸溶液中，此后在室温环境下再继续搅拌5分钟；

9、s103、当混合溶液逐渐变为白色后，密封telfon，放入水热反应釜的外套内后，将其放入已经事先加温至140℃的马弗炉中；

10、s104、待反应24小时后取出并冷却至室温；

11、s105、通过离心机离心分离得到白色产物，用去离子水和无水酒精反复清洗，之后将其置于60℃的鼓风干燥箱内干燥3小时，即可获得前驱体产物；

12、s106、将干燥后的前驱体产物放入马弗炉中，以1.0℃/分钟的升温速率加热至450℃，并保温3小时后自然降温至室温，得到最终产物tio2(anatase-b)纳米片组装微米球。

13、进一步地，所述的s2中制备pt/tio2(anatase-b)纳米片组装微米球的具体步骤包括：

14、s201、将称量好的0.0088g氯铂酸溶解在10ml的去离子水中形成氯铂酸溶液；

15、s202、称取0.03g已经制备好的tio2(anatase-b)纳米片组装微米球，均匀的分散在氯铂酸溶液中；

16、s203、配制0.022mol/l的硼氢化钠水溶液，并在1500转/分钟的搅拌速率下向已经搅拌2个小时的包含tio2(anatase-b)纳米片组装微米球的氯铂酸溶液中逐滴加入。由于硼氢化钠水溶液极易分解而失去其强还原性，故每小时更换一次新配制溶液；

17、s204、在加入硼氢化钠水溶液的过程中包含tio2(anatase-b)纳米片组装微米球的氯铂酸溶液的颜色会逐渐变黑，直至最终溶液的颜色不再改变保持稳定后停止滴加硼氢化钠水溶液。此后继续搅拌三十分钟，离心收集黑色样品，并使用无水乙醇与去离子水多次清洗；

18、s205、将已经清洗干净的样品，置于60℃的鼓风干燥箱内干燥12小时，即可获得最终产物pt/tio2(anatase-b)纳米片组装微米球样品。

19、由上述进一步地，所述制备方法所制得的pt/tio2(anatase-b)纳米片组装微米球。

20、由上述进一步地，所述的一种pt/tio2(anatase-b)双异质结在催化醇类燃料的应用。

21、本发明的有益效果：

22、本发明利用化学共沉淀法制备了pt/tio2(anatase-b)微米球，构建出三维pt/tio2(anatase-b)催化剂体系，并将其作为阳极电极材料用在直接醇类燃料电池中，发现锐钛矿相和tio2(b)共存能够提高电子传导速率同时避免中间产物的二次反应以及中间产物的解附，提高了催化剂的催化活性以及稳定性。

技术特征：

1.一种双异质结构电催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种双异质结构电催化剂的制备方法，其特征在于：所述的s1中制备两相的tio2(anatase-b)纳米片组装微米球的具体步骤包括：

3.根据权利要求1所述的一种双异质结构电催化剂的制备方法，其特征在于：所述的s2中制备pt/tio2(anatase-b)纳米片组装微米球的具体步骤包括：

4.根据权利要求1至3所述的制备方法所制得的pt/tio2(anatase-b)纳米片组装微米球。

5.根据权利要求4所述的一种pt/tio2(anatase-b)双异质结在催化醇类燃料的应用。

技术总结
本发明涉及一种双异质结构电催化剂的制备方法及其应用，首先制备两相的TiO<subgt;2</subgt;(Anatase‑B)纳米片组装微米球，将冰乙酸在容器中持续搅拌，量取钛酸四丁酯，滴入搅拌中的冰乙酸溶液中，当混合溶液逐渐变为白色后密封，放入马弗炉中；待反应后离心分离得到白色产物，清洗干燥后加热，得到TiO<subgt;2</subgt;纳米片组装微米球；利用制备好的TiO<subgt;2</subgt;(Anatase‑B)纳米片组装微米球制备Pt/TiO<subgt;2</subgt;(Anatase‑B)纳米片组装微米球。本发明利用化学沉淀法制备了Pt/TiO<subgt;2</subgt;(Anatase‑B)微米球，构建出三维Pt/TiO<subgt;2</subgt;(Anatase‑B)催化剂体系，并将其作为阳极电极材料用在直接醇类燃料电池中，发现锐钛矿相和TiO<subgt;2</subgt;(B)共存能够提高电子传导速率同时避免中间产物的二次反应以及中间产物的解附，提高了催化剂的催化活性以及稳定性。

技术研发人员：陈琳,张锋,赵帅,韦建卫,周密,胡南,苏萍,胡鹏,张伟杰,李语燕,李巧梅,马增威,乔琛凯,刘改琴,胡小林,张翠玲,刘建林
受保护的技术使用者：重庆理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12