CN102266785A - 以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法 - Google Patents

以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法，涉及一种铂铜合金催化剂的制备方法，属于燃料电池催化剂合成及应用领域，包括如下步骤，（1）采用模板法合成介孔二氧化钛；（2）采用高能球磨法，将一定配比用量的炭黑掺杂到步骤（1）的介孔二氧化钛中，得到碳掺杂二氧化钛；（3）将铂铜合金催化剂超声分散到步骤（2）的碳掺杂二氧化钛载体表面，得到以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂。此发明制备方法的优势在于：以碳掺杂二氧化钛作为催化剂载体，由于二氧化钛比较稳定的物理化学性能，加上掺杂其中的碳使其具有导电性，最终的电化学性能表征实验证明：以此碳掺杂二氧化钛作为催化剂载体，对催化剂的电催化性能有一定的提升。

Description

以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铂铜合金催化剂的制备方法，属于燃料电池催化剂合成及应用领域。
背景技术
碳作为催化剂载体，已得到了广泛和深入的研究。不过，由于燃料电池催化剂所处的特殊环境，使得催化剂容易在燃料电池开启和关闭两个时间段流失和团聚，大大地影响了燃料电池的电催化性能和电池寿命。因而，非碳载体的研究也愈来愈多地得到关注。二氧化钛以其良好的物理化学稳定性，也得到一定的关注，不过由于二氧化钛的不导电性，也很大程度上制约的其在催化剂载体上的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有二氧化钛载体铂铜合金催化剂的缺陷，提供了一种碳掺杂二氧化钛载体制备方法，并将其用在催化剂载体，以提高电燃料电池催化性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法，包括如下步骤，（1）采用模板法合成介孔二氧化钛；（2）采用高能球磨法，将一定配比用量的炭黑掺杂到步骤（1）的介孔二氧化钛中，其中，C与TiO2的分子比为3～5：1，得到碳掺杂二氧化钛；（3）将铂铜合金催化剂超声分散到步骤（2）的碳掺杂二氧化钛载体表面，得到以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂，其中，铂铜合金催化剂的质量分数为10%～30%。
所述步骤（1）中，模板法合成介孔二氧化钛是指，取异丙醇钛加入到乙醇中，再向其中加入Pluronic P123，温水浴，待水解完毕后，刮下沉淀，焙烧，即得介孔二氧化钛。
所述步骤（2）中，高能球磨法制备碳掺杂二氧化钛是指，将炭黑和介孔二氧化钛加入到去离子水中，置于高能球磨机中球磨，洗涤、离心即得碳掺杂二氧化钛。
所述步骤（3）中，以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法是指，取碳掺杂二氧化钛，将其超声分散于正己烷中，然后加入铂铜合金催化剂，再超声即得产物。
此发明制备方法的优势在于：以碳掺杂二氧化钛作为催化剂载体，由于二氧化钛比较稳定的物理化学性能，加上掺杂其中的碳使其具有导电性，最终的电化学性能表征实验证明：以此碳掺杂二氧化钛作为催化剂载体，对催化剂的电催化性能有一定的提升。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1 是本发明方法制备的以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的电镜图；
图 2 是传统方法制备的的碳载铂铜合金催化剂的电镜图；
图 3 是图1、图2所示的两种催化剂用作单电池催化剂的极化曲线对比图；
图 4 是图1、图2所示的两种催化剂的电压稳定性曲线对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法，步骤为：（1）取2g异丙醇钛加入到30ml乙醇中，再向其中加入120mg Pluronic P123，置于40摄氏度水浴锅中，12小时后，待水解完毕后，刮下沉淀，置于350摄氏度管式炉中，在空气中焙烧2小时，即得介孔二氧化钛。（2）将50mmol炭黑（Vulcan XC-72）和10mmol合成出来的介孔二氧化钛加入到30ml去离子水中，置于高能球磨机中，高能球磨6小时，洗涤离心即得碳掺杂二氧化钛。（3）取135mg碳掺杂二氧化钛，将其超声分散于150ml正己烷中，超声4小时，然后加入15mg铂铜合金催化剂（Pt与Cu的原子比为5：1），再超声10小时，配成铂铜合金占质量比为10%的催化剂。
实施例2
以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法，步骤为：（1）取2g异丙醇钛加入到30ml乙醇中，再向其中加入120mg Pluronic P123，置于40摄氏度水浴锅中，12小时后，待水解完毕后，刮下沉淀，置于350摄氏度管式炉中，在空气中焙烧2小时，即得介孔二氧化钛。（2）将40mmol炭黑（Vulcan XC-72）和10mmol合成出来的介孔二氧化钛加入到30ml去离子水中，置于高能球磨机中，高能球磨6小时，洗涤离心即得碳掺杂二氧化钛。（3）取120mg碳掺杂二氧化钛，将其超声分散于150ml正己烷中，超声4小时，然后加入30mg铂铜合金催化剂（Pt与Cu的原子比为5：1），再超声10小时，配成铂铜合金占质量比为20%的催化剂。
实施例3
以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法，步骤为：（1）取2g异丙醇钛加入到30ml乙醇中，再向其中加入120mg Pluronic P123，置于40摄氏度水浴锅中，12小时后，待水解完毕后，刮下沉淀，置于350摄氏度管式炉中，在空气中焙烧2小时，即得介孔二氧化钛。（2）将30mmol炭黑（Vulcan XC-72）和10mmol合成出来的介孔二氧化钛加入到30ml去离子水中，置于高能球磨机中，高能球磨6小时，洗涤离心即得碳掺杂二氧化钛。（3）取105mg碳掺杂二氧化钛，将其超声分散于150ml正己烷中，超声4小时，然后加入45mg铂铜合金催化剂（Pt与Cu的原子比为5：1），再超声10小时，配成铂铜合金占质量比为30%的催化剂。
实施例2所得的以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的电镜图见于图1，而单纯以碳为载体的铂铜催化剂的电镜图见于图2 。将这图1、图2所示的两种催化剂应用单电池阴极催化剂，见图3中的极化性能曲线和图4中的电压稳定性曲线，从中可以看出，采用碳掺杂二氧化钛作为载体的铂铜合金催化剂较单纯的以碳为载体的铂铜合金催化剂有更低的极化损失和更好的电池稳定性，即有更好的电化学性能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，（1）采用模板法合成介孔二氧化钛；（2）采用高能球磨法，将一定配比用量的炭黑掺杂到步骤（1）的介孔二氧化钛中，其中，C与TiO2的分子比为（3～5）：1，得到碳掺杂二氧化钛；（3）将铂铜合金催化剂超声分散到步骤（2）的碳掺杂二氧化钛载体表面，得到以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂，其中，铂铜合金催化剂的质量分数为10%～30%。
2.根据权利要求1所述的以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，模板法合成介孔二氧化钛是指，取异丙醇钛加入到乙醇中，再向其中加入Pluronic P123，温水浴，待水解完毕后，刮下沉淀，焙烧，即得介孔二氧化钛。
3.根据权利要求1所述的以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，高能球磨法制备碳掺杂二氧化钛是指，将炭黑和介孔二氧化钛加入到去离子水中，置于高能球磨机中球磨，洗涤、离心即得碳掺杂二氧化钛。
4.根据权利要求1所述的以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，以碳掺杂二氧化钛为载体的铂铜合金催化剂的制备方法是指，取碳掺杂二氧化钛，将其超声分散于正己烷中，然后加入铂铜合金催化剂，再超声即得产物。
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