[发明专利]Pt－TiO2/Ti复合电极及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种以纯钛基板的Pt-TiO₂/Ti复合电极及其制备方法，涉及电极材料和制备工艺。

二、背景技术

钛及其钛合金具有极好的耐腐蚀性，而且钛本身具有极好的导电性。因此，这些材料成为用于电极的材料。TiO₂/Ti是一种高度耐腐蚀性的基体电极材料，Pt是一种在直接甲醇燃料电池(DMFC)和电解工业等领域广泛使用的优良电催化剂，使用Pt和TiO₂制成复合电极已是研究的重点。

目前，对TiO₂纳米粉体、纳米膜和掺杂的TiO₂纳米复合材料的制备、结构相变及催化性能的研究较为普遍，而对TiO₂纳米管的光电性能、应用研究报道得不多。TiO₂纳米管是TiO₂的又一种存在形式，由于纳米管比纳米膜具有更大的比表面积，因而具有较高的吸附能力，可望提高TiO₂光电转换效率、光催化性能，特别是如果能在管中装入更小的无机、有机、金属或磁性纳米粒子组装成复合纳米材料，那将会大大改善TiO₂的光电、电磁及催化性能。

TiO₂纳米管的制备方法目前报道的有模板法、化学处理法和电化学阳极氧化法。模板法合成的TiO₂纳米管的管径大，管壁厚，比表面积小，属于锐钛矿型；化学处理法合成的TiO₂纳米管的管径小，管壁薄，比表面积大，属于无定型；电化学阳极氧化法合成的TiO₂纳米管管壁较自然形成的TiO₂纳米管管壁厚些，具有半导体特性，属于无定型。前两种方法都需要先制备二氧化钛溶胶，然后煅烧，制得二氧化钛粉末。模板法通常是以多孔阳极氧化铝(PAA)为模板，然后通过电化学沉积法、溶胶-凝胶法、溶胶-凝胶-聚合法等技术来获得TiO₂纳米管。这种方法存在的问题是：得到的纳米管的内径一般较大，并受模板形貌的限制，而且制备过程及工艺复杂。化学处理法主要是通过水热法将二氧化钛溶胶煅烧后得到的粉末在水热条件下用碱液进行洗，得到TiO₂纳米管。这种方法存在的问题是：所制备的TiO₂纳米管电极并没有实现真正一体化，稳定性差，且TiO₂纳米管容易从基体上剥落，不适合用作反应中的电极；并且工艺复杂。

铂具有优异的析氢电催化活性，广泛运用于各种电池、氢参比电极中，并且是燃料电池的最好的电催化剂。但由于铂价格昂贵，因此为降低成本，节约用量，在实际应用中，通常在惰性基底上镀一薄层铂。且在具有极好耐腐蚀性的钛基体上镀铂所制得的电极比多晶铂具有更大的比表面积、电催化活性更好。

目前沉积铂时采用的基体一般为惰性材料，如钛基体，碳纳米管，多孔二氧化钛膜等，采用的方法一般为直流电沉积。以钛为基体电沉积铂得到的电极，在尺寸稳定性阳极中，电解液对钛基体会产生钝化，阻碍电极的电化学性能充分发挥，因此在钛基体于铂氧化物之间设置氧化钛阻挡层可以阻止电解质对钛基体的腐蚀，氧化钛阻挡层的稳定性和电化学性能往往取决于氧化层以及氧化前钛基体的制备方式，因此这与氧化钛阻挡层的制备方式有密切关系。以碳纳米管为基体沉积铂，制备工艺比较复杂，并且负载在碳纳米管上的铂容易发生团聚，负载的铂有限，影响铂电催化性能的发挥。另外，在多孔纳米二氧化钛膜上沉积铂也有研究，但制备多孔纳米二氧化钛膜一般采用微弧氧化进行，所需电压比较高，实验有一定危险性，并且得到的二氧化钛为纳米或微米级的多孔状，不利于沉积铂的分散，比表面积小，会降低对降解物的吸附量，也影响电极的电催化性能发挥。

三、发明内容

本发明的目的和任务是克服现有技术存在的：(1)只能制备粉体的TiO₂纳米管，而不能制作TiO₂纳米管电极；(2)制作工艺复杂的不足，并提供一种在纯钛片或钛合金片表面制备TiO₂纳米管，进而可以直接制得一体化得TiO₂纳米管电极，(3)制备工艺复杂且催化效果不佳的不足，提供一种简单易行的方法在TiO₂纳米管电极上沉积纳米铂得到Pt-TiO₂/Ti复合电极，并将其应用于电催化降解甲醇，特提出本发明的Pt-TiO₂/Ti复合电极及其制备方法的技术解决方案。