[发明专利]一种黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料的制备方法。先将黑磷纳米片或黑磷量子点与钛酸四丁酯混合后，加入分散剂，使得黑磷与钛酸四丁酯混合形成混合分散液；将混合分散液在水热条件下进行反应后，得到黑磷@二氧化钛复合材料；接着将黑磷@二氧化钛复合材料加入贵金属前驱体溶液中搅拌，然后调节pH至碱性后，加入还原剂，得到黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料。本发明具有制备简单，原料廉价易得，贵金属暴露更大的电化学活性面积，增加醇电氧化活性位点，催化活性以及稳定性得到较大的提高，本发明所涉及的复合材料和制备方法为直接醇燃料电池的商业化应用提供了新的思路，适用于规模化生产的有益效果。

技术领域

本发明涉及一种负载贵金属复合材料，特别是一种黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭以及化石能源消耗带来的环境污染，寻找可再生能源成为能源可持续发展的重要课题。直接醇燃料电池由于能量密度高，环境友好，便于携带与储存等优点，加上甲醇、乙醇等燃料可以直接从生物质，化工原料等渠道大量获取，为解决能源环境问题提供了较好思路。直接醇燃料电池能广泛应用于移动电源，便携式电子产品电源等领域。但是目前醇燃料电池阳极催化剂以贵金属为主，但是贵金属成本较高，且储量有限。贵金属催化剂活性较低，稳定性差，易受中间产物的毒化，加上商业铂碳催化剂由于碳载体易腐蚀。因此急需开发一种高性能稳定醇类燃料电池阳极催化剂。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料及其制备方法。本发明具有制备简单，原料廉价易得，贵金属暴露更大的电化学活性面积，增加醇电氧化活性位点，催化活性以及稳定性得到较大的提高。本发明所涉及的复合材料和制备方法为直接醇燃料电池的商业化提供了新的思路，适用于规模化的生产的特点。

本发明的技术方案：一种黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料及其制备方法，先将黑磷纳米片或黑磷量子点与钛酸四丁酯混合后，加入分散剂，使得黑磷与钛酸四丁酯混合形成混合分散液；将混合分散液在水热条件下进行反应后，得到黑磷@二氧化钛复合材料；接着将黑磷@二氧化钛复合材料加入贵金属前驱体溶液中搅拌，然后调节pH至碱性后，加入还原剂将贵金属在黑磷@二氧化钛复合材料表面还原，得到黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料。

前述的黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料的制备方法中，具体包括有以下步骤：

(1)在温度为0～15℃的条件下，将黑磷固体通过超声粉碎机分散在有机溶剂中，得到黑磷分散液；

(2)将步骤(1)中得到的黑磷分散液与钛酸四丁酯混合后加入表面活性剂，通过机械搅拌均匀形成混合分散液；

(3)将步骤(2)中得到的混合分散液进行水热反应，反应结束后，得到黑磷@二氧化钛复合材料溶液；

(4)将步骤(3)中得到的黑磷@二氧化钛复合材料溶液加入贵金属前驱体溶液后，超声搅拌，调节pH至碱性，加入还原剂，继续搅拌，使贵金属在黑磷@二氧化钛复合材料表面还原，得到复合材料；

(5)将步骤(4)中得到的复合材料进行离心，洗涤和干燥，得黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料。

前述的黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料的制备方法中，所述步骤(1)中，黑磷分散液中黑磷浓度为2～5mg·mL^-1；所述有机溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺。

前述的黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料的制备方法中，所述步骤(2)中，黑磷分散液与钛酸四丁酯的体积比为60～200:1～3。

前述的黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料的制备方法中，所述步骤(2)中，表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十六烷基三甲基溴化铵。

前述的黑磷@二氧化钛负载贵金属复合材料的制备方法中，所述步骤(3)中，水热反应的时间为12～24h，水热的温度为100～200℃。