[发明专利]一种脉冲电沉积制备纳米铂/钯二氧化钛纳米管复合电极的方法

说明书

技术领域

一种脉冲电沉积制备纳米铂/钯二氧化钛纳米管复合电极的方法，属于复合电极技术领域。

背景技术

TiO₂纳米管阵列由于其特殊结构而产生表面效应、量子尺寸效应等，具有比表面积大、稳定性较高、耐酸耐碱强、光电催化性能好等特点，是催化剂载体最理想的电极材料，在光电催化领域具有十分广阔的应用前景。将催化活性高的贵金属纳米微粒与TiO₂纳米管结合起来，能够得到催化活性高、性能稳定的新型电极，已经引起广泛重视。

目前研究较多的是纳米铂修饰二氧化钛纳米管电极，存在电流密度低、中毒严重、催化性能不高的缺点。由于钯具有良好的分散性，能够阻止铂在TiO₂纳米管上的团聚，铂和钯的协同作用显著提高了电极的电催化活性和抗CO中毒性。

目前一般采用直流电化学沉积的方法在二氧化钛纳米管上沉积纳米贵金属颗粒，此法的不足是电流密度很低、析氢和浓差极化严重、沉积层不均匀。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种脉冲电沉积制备纳米铂/钯修饰二氧化钛纳米管电极的新技术，以脉冲电沉积的方法和简单稳定的工艺制得性能良好的Pt-Pd/TiO₂/Ti纳米管电极，克服直流沉积时电流密度低和析氢反应严重的难题。本发明不仅可以大幅度提高电极的电催化活性，而且性能稳定，降低了催化剂的中毒性。

为实现上述目的，本发明的制备过程包括以下步骤：

（1）将钛片在砂纸上打磨后，用丙酮超声清洗除掉表面油污，再放入酒精中超声清洗，然后用蒸馏水冲洗干净，干燥后做为电极基底；

（2）采用恒压直流阳极氧化法原位制备二氧化钛纳米管以钛片为阳极，石墨为阴极，电解液为1～5g/L NH₄HF₂、50～200g/L H₂O的乙二醇溶液，温度控制在10～30℃，电压设置为10～60V，时间为1～6h，期间采用磁力搅拌，在钛片表面原位生成TiO₂纳米管；

（3）将步骤（2）制得的TiO₂纳米管在350～500℃下进行热处理，时间为1～4h，随炉冷却；

（4）以步骤（3）TiO₂纳米管为工作电极，纯铂电极为对电极，浸入含铂、钯的电解液中进行脉冲电沉积，脉冲波形为：阴极脉冲电流密度为-～-35050mA/cm²、阳极脉冲电流密度为50～350mA/cm²，阴极、阳极脉冲导通时间均为1～6ms，关断时间1s，电沉积时间为5～25min，温度为室温，沉积过程采用磁力搅拌；阴极、阳极脉冲导通时间可以相同也可以不同，电沉积过程中的一个周期脉冲波形示意图见图1。

5）沉积结束后，用蒸馏水冲洗、吹干，制得纳米铂/钯修饰二氧化钛纳米管电极。

上述所配制的沉积电解液中分别含有1.0～4.0mM氯铂酸、0.5～20mM氯化钯、0.5M硫酸，其余为去离子水。优选氯铂酸的摩尔浓度是氯化钯的4倍。

本发明的有益效果是：

脉冲电沉积特别是脉冲导通时间是毫秒级时可使用非常大的脉冲电流密度，使得金属离子在极高过电位下沉积，不仅可以减小纳米颗粒尺寸，为几个纳米增大比表面积，还可以降低析氢等副反应所占的比例。并且增大了阴极活化极化，降低了电解液的浓差极化。用此法制得纳米铂/钯修饰二氧化钛纳米管电极具有优异的电催化性能，性能稳定，中毒减轻，有很大的经济意义。由于采用了脉冲电沉积技术，相对于一般直流电沉积制得的电极，大大减少了沉积时间和贵金属的使用量。所制备的复合电极中铂/钯纳米颗粒均匀致密地负载在二氧化钛纳米管上，包括纳米管的表面和纳米管中。本发明制备的纳米铂/钯修饰二氧化钛纳米管电极与单一纳米铂修饰二氧化钛纳米管电极相比，具有更高的电催化活性，在光电催化领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1：电沉积过程中的一个周期脉冲波形示意图；

图2：具体实施例1制得电极的催化甲醇CV曲线；

图3：具体实施例2制得电极的催化甲醇CV曲线；

图4：具体实施例3制得电极的催化甲醇CV曲线；

图5：具体实施例4制得电极的催化甲醇CV曲线；

图6：具体实施例2制得电极的表面SEM形貌图；

图7：具体实施例2制得电极的XRD图。

具体实施方式