[发明专利]一种TiO2

说明书

本发明属于纳米技术和电催化技术领域，特别提供了一种TiO₂/TiC/C电催化剂及其制备方法。一种TiO₂/TiC/C电催化剂，其特征在于，先制备聚丙烯腈/聚甲基丙烯/TiO₂复合材料，将其氧化、碳化以及热还原后得到TiC/C复合基体，再将所述的TiC/C复合基体与电化学方法制备出的TiO₂纳米管一起焙烧得到成品。本发明制备的TiO₂/TiC/C复合材料具有极大的表面积，尺寸为纳米多孔材料，较多活性位点的暴露提高了电解液于电极材料之间的浸润性，TiC的引入提高了材料的电导率，C的存在增强了其机械强度。

技术领域

本发明属于纳米技术和电催化技术领域，特别是提供了一种TiO₂/TiC/C电催化剂及其制备方法。

背景技术

传统的化石能源消耗量逐年增加，储备量已经严重不足与此同时，由于化石能源使用所引起的环境污染、自然生态环境破坏以及温室效应等问题已经严重危害到人类的生存。而氢能作为一种清洁、无污染的新型能源被认为是最具发展潜力的新能源，为利用氢能，首先需要突破的问题是氢气的制备。通过电解水制备氢气具有简单、高效的特点。由于以铂作为主要活性物质电解产氢性能最佳，但价格昂贵，成本极高导致该项技术无法大规模使用，极大地限制了这一领域的发展。因此，探索一种廉价、储量丰富的非贵金属高效析氢电催化剂是实现其产业化的关键所在。

TiO₂纳米管具有吸附能力同时比表面积较大，也可以为电荷传输提供通道，利用TiC优良的导电性能提高其导电率以及降低颗粒之间的团聚效果提高催化剂的分散性，暴露出更多的活性位点，从而提高催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效且稳定的TiO₂/TiC/C电催化剂及其制备方法。通常具有大比表面积的纳米管阵列具有良好的吸附性能，通过基于纳米管中平行与垂直方向的生长竞争机制，在低电流密度下制备TiO₂纳米管阵列，通过溶剂热并淬火处理得到的纳米级尺寸的TiC可以均匀地分散在碳布上，由此克服电催化析氢中成本昂贵的劣势以及催化剂中常出现的团聚现象。

一种TiO₂/TiC/C电催化剂，其特征在于，先制备聚丙烯腈/聚甲基丙烯/TiO₂复合材料，将其氧化、碳化以及热还原后得到TiC/C复合基体，再将所述的TiC/C复合基体与电化学方法制备出的TiO₂纳米管一起焙烧得到成品。具体制备步骤如下：

(1)将聚丙烯腈(PAN)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/四氢呋喃(THF)/丙酮的混合溶液中，66℃～77℃下剧烈搅拌4～8h得到溶液A；钛酸四丁酯溶解于N,N-二甲基甲酰胺/冰醋酸的混合溶液中，得到溶液B，将所述的溶液B缓慢加入所述的溶液A中，常温下磁力搅拌7～8h；然后将得到的溶液进行淬火7～7h，且淬火后使用冰水混合物、蒸馏水、无水乙醇反复冲洗多次后，得到PAN/PMMA/TiO₂复合材料；

(2)步骤(1)得到的所述的PAN/PMMA/TiO₂复合材料，将其经过氧化、低温碳化、高温碳化以及热还原得到TiC/C复合基体；

(3)以含有NH₄F的乙二醇溶液作为电解液，钛片作为阳极，铂片作为阴极，在一定温度的水浴中恒压氧化反应一段时间，然后置于马弗炉中煅烧；待煅烧结束后，用蒸馏水和稀盐酸清洗，使用氮气吹干，得到TiO₂纳米管；

(4)在N₂保护下，将所述的TiC/C复合基体与所述的TiO₂纳米管一起焙烧得到TiO₂/TiC/C电催化剂。