[发明专利]一种电镀法制备铂/二氧化钛纳米管复合电极的方法

说明书

一种电镀法制备铂/二氧化钛纳米管复合电极的方法，属于复合电极技术领域。该方法首先采用阳极氧化的方法在钛片表面制备出形状规则且均匀垂直排列的二氧化钛纳米管阵列，随后采用电镀法将溶液中的铂离子沉积到载体上，制备成铂/二氧化钛复合电极。通过电镀这种方法得到的催化剂颗粒尺寸非常小，显著降低了金属铂的用量，降低了成本，这一种操作简单，易于实现，且易于进行工厂化生产的方法，大大提高了产业化生产的可能。

技术领域：

一种电镀法制备铂/二氧化钛纳米管复合电极的方法，属于光电催化技术领域。

背景技术：

随着工业发展的不断深入，能源供需问题日益尖锐化。太阳能，风能等可再生清洁能源的开发和利用越来越重要。燃料电池具有能量转化率高，无污染及有害物质排放的特点，是具备可持续发展的清洁能源。作为燃料电池的一种-质子交换膜燃料电池(PEMFC)，其工作过程不受卡诺循环的限制，这就很有效的提高了能量转化率。其次，该装置反应后唯一的产物是水，可实现零污染物排放；而且因具有装置结构简单、工作噪声低，性能稳定，便于维护等诸多优势。PEMFC的种类较多，其中应用较为广泛的是直接甲醇燃料电池(DMFC)，这类燃料电池的突出优势在于原料为液态甲醇，运输方便且安全。但目前为止，还未能得到工业化生产，其原因在于铂作为最常见的阳极催化剂，成本高昂、单金属Pt催化剂易CO中毒且催化效率较低。因此，研究低成本、催化活性高、抗CO中毒能力强的阳极催化剂具有重要的现实意义和应用价值。DMFC因具有燃料经济易得、绿色环保、能量转化高、比能量高、易启动等优势，而被公认为未来在便携式设备、移动运输设备等领域的主要供能装备。

随着环境污染日益严重，研究和开发绿色无污染能源成为当代科学研究的重要任务。氢气是一种洁净的能源，目前主要通过甲烷蒸汽重整生产。但是这个过程可能会导致化石燃料的耗尽和二氧化碳的排放。相反，电解水是由基于产生氢气(H₂)和氧气(O₂)的两个半反应(HER和OER)所组成的，这种方法是一种在不使用化石燃料的情况下产生H₂的有效手段。铂(Pt)基材料通常被认为是电催化析氢反应(HER)最有效的电催化剂。但是，由于Pt资源稀缺，价格高昂，从而限制了这种催化剂在商业上的应用。因此开发高活性、高稳定性的催化剂成为电催化析氢的重中之重，也成为我们研究的重点。

电镀法就是在有外加电压的情况下将溶液中的金属离子还原沉积在阴极表面的过程，铂在过电压下能够发生溶解在酸性介质中，铂电极作为阳极，能够在过电压下发生溶解，使大量铂离子进入溶液中，并在阴极样品表面进行形核长大，达到沉积的目的。这一种操作简单，易于实现，且易于进行工厂化生产的方法，与常规意义上的阳极催化剂相比，这种方法得到的催化剂颗粒尺寸非常小，显著降低了金属Pt的用量，降低成本。从环保的意义上来讲，该种方法使用的作为阳极的铂片可以是任何形式的铂，比如实验室用坏掉的铂电极，或是某些工厂用废掉的器件上的铂等都可以作为本实验的阳极，大大降低成本的同时，减少浪费，节约社会资源，变废为宝，且加工出来的复合电极用于燃料电池这种新型能源，具有更大的实用意义和社会价值。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种电镀法制备铂/二氧化钛纳米管复合电极的新技术，以电镀沉积的方法和简单稳定的工艺制备尺寸更小甚至是单原子结构，且降低铂的用量的更有效的方法。

(1)首先对钛片进行打磨、去污、化学抛光，之后依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水超声处理以去除钛片表面的油污。将处理好的钛片浸泡在酸洗液中进行化学抛光，再用去离子水冲洗干净，干燥后作为催化剂载体；

(2)采用恒压直流阳极氧化法制备二氧化钛纳米管，钛为阳极，石墨为阴极，电解液为1～5g/L NH₄HF₂,50～200g/L NH₄H₂PO₄的混合溶液，温度为室温，电压设置为10～30V，时间为3～8h，期间采用磁力搅拌；