[发明专利]梯度结构金属氧化物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，尤其涉及一种用于燃料电池正负极用材料、气液固三相反应催化材料的梯度结构金属氧化物及其制备方法。

背景技术

随着燃料电池研究的逐步深入，传统催化剂碳载体不耐腐蚀、成本高昂且易于中毒的缺点日益显现出来。为了克服传统催化剂的缺点，非碳催化剂载体和非/低Pt催化剂的研究已经得到了科研工作者的关注。

杨民力和Antolini等分别研究了非碳催化剂载体的研究现状，指出金属、过渡金属氧化物和导电聚合物三大类载体与碳材料相比已经显示出自身的一些优势，一些过渡金属氧化物和导电聚合物载体具有更好的物理、化学稳定性和耐腐蚀性[杨民力,稀有金属，2010,34(5):436－443; E. Antolini, E.R. Gonzalez. Solid State Ionics 2009，180：746-763]。梁振兴等在对直接甲醇燃料电池阳极催化剂研究进展的综述中指出，非Pt催化剂主要包括金属碳化物和过渡金属氧化物[罗远来，梁振兴，廖世军，催化学报，2010，31(2)：141-149]。

与金属碳化物相比，金属氧化物作为催化剂载体的研究得到了大家更多的关注。Rajalakshmi和Fu-Ming Pan等的研究证实，TiO₂作为载体大大提高了Pt催化剂的活性[N. Rajalakshmi, N. Lakshmi, K.S. Dhathathreyan. Int. J. Hydrogen Energy 2008，33：7521-7526；Chung-Shou Chen, Fu-Ming Pan，Applied Catalysis B: Environmental2009，91：663-669]。Dingguo Xia等在PtRu/C中加入TiO₂提高了催化剂的电催化活性[Takahiro Saida, Naoki Ogiwara, Yoshio Takasu, and Wataru Sugimoto. J. Phys. Chem. C 2010，114：13390-13396]。邱新平教授等重点阐述了催化剂的结构和组成对反应机理的影响，认为金属氧化物是通过双功能机理起到助催化作用，氧化物表面羟基的种类、数量均会影响助催化作用的强弱，进而影响催化剂对 CO及醇类分子的电氧化性能[苑慧萍，郭勋，邱新平，朱文涛，陈立泉.电化学，2009，15(4)：397-402]。

为进一步改善纳米TiO₂的效果，Shenglian Luo等研究了碳修饰的TiO₂纳米管阵列、清华大学Dao-Jun Guo等研究了多壁纳米碳管与硫修饰的纳米TiO₂对甲醇的电催化氧化，表明修饰碳的引入提高了材料催化甲醇氧化的性能[Lixia Yang，Yan Xiao，Guangming Zeng，Shenglian Luo，Shuyun Kuang，Qingyun Cai. Energy & Fuels2009，23：3134-3138；Dao-Jun Guo, Xin-Ping Qiu, Li-Quan Chen, Wen-Tao Zhu，Carbon 2009，47：1680–1685.]。邵志刚等对N，Sn掺杂TiO2对Pt/C电催化活性影响的研究表明：N，Sn掺杂不仅可以提高Pt/C的电催化活性，而且在低增湿工况下可以显著提升燃料电池的性能[陈旭光，贺高红，曹亚安，邵志刚，衣宝廉，电源技术，2010，34(2)：160-163]。