光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極及其制備方法，屬于燃料電池中催化電極材料及其制備。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池特別是直接甲醇燃料電池作為一種燃料化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)，具有高效率、低排放、無(wú)污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，已引起科技界和產(chǎn)業(yè)界的高度重視。在燃料電池中，鉑一直充當(dāng)陽(yáng)極氧化的最常用的催化劑。然而貴金屬鉑價(jià)格昂貴，且純鉑容易被一氧化碳毒化，因此需要降低鉑的用量，提高鉑的利用率和抗毒化能力，以達(dá)到燃料電池商業(yè)化的目的。
[0003]有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加以研宄創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極，其具有較高的分散性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，且可增強(qiáng)半導(dǎo)體電極的導(dǎo)電性和可見(jiàn)光響應(yīng)性能的。
[0005]本發(fā)明的光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極，由基底材料和催化劑層組成，所述基底材料為金屬鈦片和載體二氧化鈦納米管；基底材料上面的催化劑層由催化劑鉑、鈀、金、銀貴金屬中的至少一種和還原氧化石墨烯組成。
[0006]進(jìn)一步的，所述負(fù)載在基底材料上的催化劑的形貌呈納米花狀。
[0007]本發(fā)明還提供了一種光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極的制備方法，包括如下步驟:
[0008]S1:通過(guò)陽(yáng)極氧化法在基底材料鈦片表面生成二氧化鈦納米管；
[0009]S2:催化劑電沉積，將鉑、鈀、金、銀貴金屬中的至少一種電沉積在二氧化鈦納米管表面上，制備二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極；
[0010]S3:在電極表面修飾一層氧化還原石墨稀，形成石墨稀修飾的光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極。
[0011]進(jìn)一步的，在所述步驟SI具體包括如下步驟:
[0012]Sll:電化學(xué)溶液配制
[0013]將氟化氨溶于乙二醇和水的混合溶液中，配制出氟化氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的電化學(xué)溶液；
[0014]S12:制備二氧化鈦納米管
[0015]將配制好的電化學(xué)溶液置入安裝有鈦片為陽(yáng)極和鉑片為陰極的電化學(xué)反應(yīng)裝置中，采用陽(yáng)極氧化法，在基底材料鈦片上電化學(xué)制備二氧化鈦納米管，然后將所得到的二氧化鈦納米管用去離子水沖洗烘干后在馬弗爐中煅燒。
[0016]進(jìn)一步的，在所述步驟S12中，所采用的陽(yáng)極氧化法的電位60V，控制反應(yīng)時(shí)間2h_2.5h0
[0017]進(jìn)一步的，在所述步驟S12中，所述烘干后二氧化鈦納米管在馬弗爐中450°C煅燒2h。
[0018]進(jìn)一步的，在所述步驟S2具體為:將二氧化鈦納米管電極置入至少具有鉑、鈀、金、銀中的一種貴金屬元素的金屬鹽的水溶液中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，利用恒電位法電沉積催化劑，制備二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極。
[0019]進(jìn)一步的，所述金屬鹽的水溶液濃度為l-5mmol/L ;所采用的恒電位法的電位為-0.2V，參比電極為飽和甘未電極。
[0020]進(jìn)一步的，在所述步驟S3具體包括如下步驟:
[0021]S31:將氧化石墨烯溶液緩慢滴加到二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極表面并烘干;
[0022]S32:將覆蓋有氧化石墨烯的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極置入PBS溶液中，用恒電位法，控制電化學(xué)反應(yīng)時(shí)間在1500s，電化學(xué)還原氧化石墨烯，從而制得光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極。
[0023]進(jìn)一步的，所采用的恒電位法的電位為-0.9V，參比電極為飽和甘汞電極。
[0024]借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明采用二氧化鈦納米管作為鉑、鈀、金、銀中的至少一種貴金屬的催化劑載體，并用石墨烯修飾得到光電響應(yīng)的半導(dǎo)體電極，從而使二氧化鈦納米管陣列具有良好的酸堿穩(wěn)定性和優(yōu)異的光電性能，另一方面，石墨烯對(duì)二氧化鈦納米管的修飾，增強(qiáng)了半導(dǎo)體電極的導(dǎo)電性和可見(jiàn)光響應(yīng)性能。通過(guò)使用本發(fā)明的制備方法，該催化劑電極可以提高催化劑的分散性和電極對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)，從而提高貴金屬催化劑的催化效率。
[0025]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載鉑電極的形貌圖。
[0027]圖2為光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載鉑電極在0.5mol/L氫氧化鉀溶液中的循環(huán)伏安圖；
[0028]圖3為可見(jiàn)光條件下光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載鉑電極在1.0mol/L甲醇+0.5mol/L氫氧化鉀溶液中的光電流圖；
[0029]圖4為可見(jiàn)光條件下光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載鉑電極在1.0mol/L甲醇+0.5mol/L氫氧化鉀溶液中的循環(huán)伏安圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0031]本發(fā)明的光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極由基底材料和催化劑層組成，所述基底材料為金屬鈦片和載體二氧化鈦納米管；基底材料上面的催化劑層由催化劑鉑、鈀、金、銀貴金屬中的至少一種和還原氧化石墨烯組成。所述負(fù)載在基底材料上的催化劑的形貌呈納米花狀。
[0032]由于二氧化鈦納米管在鈦片表面的有序排列，提高光生載流子的傳輸速率，降低光生電子-空穴的復(fù)合效率，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的光電催化性能，另外，二氧化鈦納米管陣列作為貴金屬催化劑載體能夠制備光電響應(yīng)的復(fù)合電極，可應(yīng)用于光電催化有機(jī)小分子。而石墨烯具有透明、軟性、導(dǎo)電、電子迀移率高等一系列重要的光電特性，所以用來(lái)修飾納米二氧化鈦后形成的雜化物能夠增強(qiáng)半導(dǎo)體在可見(jiàn)光范圍的響應(yīng)。
[0033]上述光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極的制備方法包括步驟SI至步驟S3 ο
[0034]S1:通過(guò)陽(yáng)極氧化法在基底材料鈦片表面生成二氧化鈦納米管。該步驟具體可包括:
[0035]Sll:電化學(xué)溶液配制
[0036]將氟化氨溶于乙二醇和水的混合溶液中，配制出氟化氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 %的電化學(xué)溶液；
[0037]S12:制備二氧化鈦納米管
[0038]將配制好的電化學(xué)溶液置入安裝有鈦片為陽(yáng)極和鉑片為陰極的電化學(xué)反應(yīng)裝置中，采用陽(yáng)極氧化法，電位為60V，控制反應(yīng)時(shí)間2h_2.5h，在基底材料鈦片上電化學(xué)制備二氧化鈦納米管，然后將所得到的二氧化鈦納米管用去離子水沖洗烘干后在馬弗爐中450°C煅燒2h。
[0039]S2:催化劑電沉積，將鉑、鈀、金、銀貴金屬中的一種或兩種同時(shí)電沉積在二氧化鈦納米管表面上，制備二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極。該本步驟具體為:將二氧化鈦納米管電極置入至少具有鉑、鈀、金、銀中的一種貴金屬元素的金屬鹽的水溶液中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，利用恒電位法電沉積催化劑，制備二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極，其中，所述金屬鹽的水溶液濃度為l_5mmol/L，所采用的恒電位法的電位為-0.2V，參比電極為飽和甘未電極。在本步驟中，負(fù)載在基底材料上的催化劑的形貌呈納米花狀。
[0040]S3:在電極表面修飾一層氧化還原石墨稀，形成石墨稀修飾的光響應(yīng)的二氧化鈦納米管負(fù)載催化劑電極。本步驟可具體包括:
[0041]S31:將氧化石墨烯溶液緩慢滴加到