[发明专利]一种基于改性二氧化钛纳米管以提高其导电性的方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料领域，尤其涉及一种基于改性二氧化钛纳米管以提高其导电性的方法。

背景技术

燃料电池(FuelCell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置；能量转换效率高达60％-80％，不受“卡诺循环”的限制，实际使用效率是普通内燃机的2-3倍。燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。质子交换膜燃料电池，作为氢气能源利用的主要手段，由于能量转化效率高、可实现零排放、可靠性能高、运行噪声低、维护方便以及发电效率受负荷变化影响很小的优势，引发了大众的极大热情与兴趣。质子交换膜燃料电池(PMEFC)的电极催化剂的成分主要以贵金属纳米铂(Pt)颗粒为催化的主要成分，铂(Pt)在电池中催化氢气和氧气的反应中有着其他的金属无可比拟的优势。因为使用贵金属从而大大的增加了质子交换膜燃料电池的成本，当需要增大生产规模的时候，燃料电池其他的零部件成本必须降低，但是因为铂金属对氢气氧气卓越的催化效能，并不能减少铂颗粒的使用量，这降低了质子交换膜燃料电池的商业化进程。然而，因为碳材料在质子交换膜燃料电池的运行条件下，容易腐蚀，造成催化剂铂颗粒的团聚与迁移，降低了使用寿命。所以，改善催化剂载体的耐化学腐蚀性能和稳定性是改善催化剂性能的重点方向之一。

在以往的研究中，我们已经得知具有纳米结构形态的材料在稳定催化剂方面起着关键的作用。而TiO₂纳米管由于具有以下几方面的优势：1)大的比表面积；2)表面有大量的羟基；3)TiO₂纳米管具有纳米尺寸的内径；4)在酸性下，TiO₂纳米管具有很好的稳定性，这些优势使得TiO₂纳米管适合做催化剂载体的基体材料。但是由于二氧化钛本身的导电能力小，因此，可以在二氧化钛纳米管基体材料表面填充导电材料才能提高催化剂载体的导电能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改性二氧化钛纳米管以提高其导电性的方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的方案为:

一种基于改性二氧化钛纳米管以提高其导电性的方法，它包括以下步骤：

1)将二氧化钛纳米管加入到两口瓶中，并在反应容器中加入三乙胺，然后在N₂保护下加入引发剂，室温条件下搅拌反应1～24小时，然后将反应好的产物转移到离心管中，洗涤、离心循环多次，最后将离心管中的下层沉淀物转移后晾干，晾干后的产物为引发剂锚固的二氧化钛纳米管；

2)将二氧化钛纳米管-引发剂产物加入到反应容器中，然后加入苯乙烯或甲基丙烯酸的电解质单体溶液，经过多次循环的冷冻-抽真空-解冻的方式除去里面的空气，将除去空气后的混合液在45℃～80℃时氮气保护下反应0.5～24h，对反应后的产物进行烘干，烘干后的产物为有机物锚固的二氧化钛纳米管；

3)将二氧化钛纳米管-有机物复合物加入到瓷舟中，然后在惰性气体保护下以5℃每分钟的升温速度加热到700～1500℃并恒温碳化，之后取出产物并对其进行研磨。

上述方案中，所述的苯乙烯或甲基丙烯酸的电解质单体溶液的体积浓度为10～50％。

上述方案中，所述步骤3)中的惰性气体为高纯氮气或高纯氩气。

上述方案中，所述的碳化时间为10min～120min。

上述方案中，所述的碳化温度为1000～1500℃。

本发明的有益效果是：本发明通过化学键将有机物锚固在二氧化钛管的管壁上然后高温碳化，形成电子传输通道。纳米结构的二氧化钛具有很好的稳定性、耐电化学腐蚀性和抗酸性。能够很好的稳固催化剂，而碳具有导电性，组合后能够延长催化剂的使用寿命。

附图说明

图1是实施例1得到的二氧化钛纳米管、二氧化钛纳米管-苯乙烯和碳化二氧化钛纳米管的红外图谱。

图2是实施例2得到的碳化改性二氧化钛纳米管的拉曼谱图。

图3是实施例2得到的碳化改性的二氧化钛XRD图。

图4是实施例2得到的碳化改性的二氧化钛CV图。

图5是实施例2得到的碳化改性二氧化钛纳米管阻抗图。

图6是不同温度下碳化改性二氧化钛纳米管阻抗图。

图7是二氧化钛纳米管SEM图。

图8和图9分别是二氧化钛纳米管和碳化的二氧化钛纳米管TEM图。

具体实施方式