一種循環伏安電沉積製備納米鉑/二氧化鈦納米管電極的方法

2023-05-24 20:31:16

專利名稱：一種循環伏安電沉積製備納米鉑/二氧化鈦納米管電極的方法
技術領域：
一種循環伏安電沉積製備納米鉬/ 二氧化鈦納米管電極的方法，屬於光電催化技術領域。
背景技術：
TiO2納米管陣列由於其特殊結構而產生表面效應、量子尺寸效應等，使其具有獨特的光電性質和電化學性質，在光電催化領域具有十分廣闊的應用前景，是研究較多的半導體材料之一。它也存在一定的缺陷(I)光生載流子的複合率高、光電催化反應的效率 低。(2)單純的TiO2納米管陣列是寬禁帶半導體，一般只能被紫外光激發，在可見光區無響應，因而對太陽光利用低(約5%)，從而限制了它們的應用。(3)Ti02納米管陣列與基體之間的阻擋層(緻密TiO2)增加了其作為電極材料的電阻，限制了其在電催化及光電催化領域的發展。為了克服以上缺陷，人們進行了大量的研究，其中摻雜金屬粒子以改善TiO2光電催化性能方面的研究較為活躍。一般的方法是採用直流電化學沉積的方法在其上沉積納米鉬顆粒，但此法的不足是電流密度很低、析氫和濃差極化嚴重、沉積層不均勻。而循環伏安電沉積特別是掃描速度比較大時可產生非常大的沉積電流密度，這可以使金屬離子處在直流沉積時實現不了的極高過電位下沉積，其結果不僅可以是Pt納米顆粒細小，比表面積增大，還可以降低析氫等副反應所佔的比例。並且增大了陰極活化極化，降低了電解液的濃差極化。用此法製得的Pt-Ti02/Ti納米管電極，即可具有優異的光電催化性能，工藝簡單，性能穩定。有一定的應用價值。

發明內容
本發明所要解決的問題是提供一種循環伏安電沉積製備納米鉬/ 二氧化鈦納米管電極的新技術，以循環伏安電沉積的方法和簡單穩定的工藝製得Pt納米顆粒細小，比表面積大，電極催化活性高的Pt-Ti02/Ti納米管電極，本發明所提供的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟(I)將鈦片在砂紙上打磨後，表面進行打磨清洗，乾燥後做成電極。(2)採用恆壓直流陽極氧化法，石墨片電極為陰極，Ti片為陽極，電解液為I 5g/L NH4HF2、50 200g/L H2O的乙二醇溶液，溫度為5 30°C，電壓控制在10 60V，時間I 6h，期間不斷攪拌。
(3)將TiO2納米管做成電極，浸入電解液中進行循環伏安電沉積。電解液的成分濃度為I. O 20. OmM氯鉬酸+0. 5M硫酸，循環伏安參數為掃描速度為10 100mV/s，掃描低電壓範圍-1、V，掃描高電壓範圍O. 3^1. 0V,掃描周期為20-500次，其中TiO2納米管電極作工作電極，Pt電極作對電極，飽和氯化鉀甘汞電極為參比電極，沉積溫度為室溫，沉積過程採用機械攪拌。
(4)沉積Pt後，用蒸餾水衝洗、吹乾，製得Pt-Ti02/Ti納米管電極。本發明的有益效果是由於採用了循環伏安電沉積技術，本發明製備的Pt-Ti02/Ti納米管電極，Pt納米顆粒細小，比表面積大，光電催化性能優異。上述優點賦予Pt-Ti02/Ti納米管電極在光電催化領域具有廣泛的應用前景。


表I :本發明實施例(I 5)中循環伏安電沉積的參數。圖I :具體實施例3製備Pt-Ti02/Ti納米管電極的循環伏安曲線。圖2 :具體實施例I製得電極的催化甲醇CV曲線。 圖3 :具體實施例2製得電極的催化甲醇CV曲線。圖4 :具體實施例3製得電極的催化甲醇CV曲線。圖5 :具體實施例4製得電極的催化甲醇CV曲線。圖6 :具體實施例5製得電極的催化甲醇CV曲線。圖7 :具體實施例3製得電極的表面SEM形貌圖。圖8 :具體實施例3製得電極XRD圖。
具體實施例方式先做表面處理即將鈦片在砂紙上打磨後，用丙酮超聲清洗除掉表面油汙，再放入酒精中超聲清洗，然後用蒸餾水衝洗乾淨，乾燥後做成電極。以下實施例子均相同。例I、將I. 0mm*I. Omm的TAl鈦片表面處理後，放入lg/LNH4HF2、50g/LH20的乙二醇溶液，在恆壓10V，溫度5°C下進行陽極氧化lh，期間不斷機械攪拌。製得的TiO2納米管衝洗乾淨後，放入成分為I. OmM氯鉬酸+0. 5M硫酸的電解液中，掃描速度為10mV/S，電壓掃描範圍為-I O. 3V，掃描周期為20次製得的電極。所制電極催化甲醇的試驗是將電極放入O. 5M H2S04+0. 5MCH30H的溶液中，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉬片電極，工作電極為Pt-Ti02/Ti納米管電極。測量前向溶液中通入氮氣以除去溶解在溶液中的氧氣，測量在氮氣流保護下進行，循環伏安的掃描速度為50mV/s。測得的CV曲線如圖2。例2、將 I. 0mm*I. Omm 的 TAl 鈦片表面處理後，放入 5g/L NH4HF2、200g/LH20 的乙二醇溶液，在恆壓60V，溫度30°C下進行陽極氧化6h，期間不斷機械攪拌。製得的TiO2納米管衝洗乾淨後，放入成分為10. OmM氯鉬酸+0. 5M硫酸的電解液中，循環伏安電沉積鉬參數為掃描速度為100mV/S，電壓掃描範圍為-O. 25 O. 7，掃描周期為200次。所制電極催化甲醇的試驗是將電極放入O. 5M H2S04+0. 5M CH3OH的溶液中，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉬片電極，工作電極為Pt-Ti02/Ti納米管電極。測量前向溶液中通入氮氣以除去溶解在溶液中的氧氣，測量在氮氣流保護下進行，循環伏安的掃描速度為50mV/s。測得的CV曲線如圖3。例3、將 I. 0mm*I. Omm 的 TAl 鈦片表面處理後，放入 3g/L NH4HF2、100g/LH20 的乙二醇溶液，在恆壓30V，溫度10°C下進行陽極氧化2h，期間不斷機械攪拌。製得的TiO2納米管衝洗乾淨後，放入成分為4. OmM氯鉬酸+0. 5M硫酸的電解液中，循環伏安電沉積鉬參數為掃描速度為50mV/s,電壓掃描範圍為-O. 5 I. O,掃描周期為50次。所制電極催化甲醇的試驗是將電極放入O. 5M H2S04+0. 5M CH3OH的溶液中，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉬片電極，工作電極為Pt-TiO2納米管電極。測量前向溶液中通入氮氣以除去溶解在溶液中的氧氣，測量在氮氣流保護下進行，循環伏安的掃描速度為50mV/s。測得的CV曲線如圖4。例4、具體實施例3中，循環伏安電沉積鉬參數為掃描速度為100mV/s，電壓掃描範圍為-O. 5 O. 8，掃描周期為500次。例5、將 I. 0mm*I. Omm 的 TAl 鈦片表面處理後，放入 3g/L NH4HF2、100g/LH20 的乙二醇溶液，在恆壓30V，溫度10°C下進行陽極氧化2h，期間不斷機械攪拌。製得的TiO2納米管衝洗乾淨後，放入成分為20. OmM氯鉬酸+0. 5M硫酸的電解液中，循環伏安電沉積鉬參數為掃描速度為50mV/s,電壓掃描範圍為O O. 8,掃描周期為50次。所制電極催化甲醇的試驗是將電極放入O. 5M H2S04+0. 5M CH3OH的溶液中，參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉬片電極，工作電極為Pt-Ti02/Ti納米管電極。測量前向溶液中通入氮氣以除去溶解在溶液中的氧氣，測量在氮氣流保護下進行，循環伏安的掃描速度為50mV/s。測得的CV曲線如圖 6。圖8為本發明具體實施例3製得的納米鉬/ 二氧化鈦納米管電極的XRD圖，圖中2 Θ為39.861°、46.440°、和67.661°是納米Pt顆粒的衍射峰。說明負載的為納米Pt顆粒，同時從XRD圖中，可以算出納米Pt顆粒的粒徑為8nm左右,說明顆粒細小。表I不同製備條件(實施例1-5)的循環伏安電沉積參數
實施電解液中7氣鉬掃描速率電壓掃描掃描次數値化甲醇的峰值電 方式酸濃度mM) (mV/s) 範圍(V) (次) 流密度(mA/cm·2)
II10-1.0-0.32010 7~220200 -0.25-0.7 100312.8~3 4 50 -0.5-1.0 50 202.3~4 4 100 -0.5 0.8 500 143.2~5 10 50 0-0.8 50 194.權利要求
1. 一種循環伏安電沉積製備納米鉬/ 二氧化鈦納米管電極的方法，其特徵在於，製備過程包括以下步驟 (1)將鈦片在砂紙上打磨後，進行表面清洗處理，然後用蒸餾水衝洗乾淨，乾燥後做成電極； (2)採用恆壓直流陽極氧化法，石墨片電極為陰極，Ti片為陽極，電解液為I 5g/LNH4HF2,50 200g/L H2O的乙二醇溶液，溫度為5 30°C，電壓控制在10 60V，時間I 6h，期間不斷攪拌； (3)將TiO2納米管做成電極，浸入電解液中進行循環伏安電沉積；電解液的成分為I.O 20. OmM氯鉬酸和O. 5M硫酸，循環伏安電沉積參數掃描速度為10 100mV/s，掃描低電壓範圍-1、V，掃描高電壓範圍O. 3^1. 0V,掃描周期為20-500次，其中TiO2納米管電極作工作電極，Pt電極作對電極，飽和氯化鉀甘汞電極為參比電極，沉積溫度為室溫，沉積過程採用機械攪拌； (4)沉積Pt後，用蒸餾水衝洗、吹乾，製得Pt-Ti02/Ti納米管電極。
全文摘要
一種循環伏安電沉積製備納米鉑/二氧化鈦納米管電極的方法，屬於光電催化領域。目前Pt-TiO2/Ti納米管電極大多用直流電沉積的方法來製備，存在電流密度低，析氫反應嚴重，表面沉積鉑不均勻的缺點。本發明的製備方法，首先用陽極氧化法在鈦片上製備出排列規整、垂直取向的二氧化鈦納米管陣列，然後在氯鉑酸和硫酸的溶液中，用循環伏安電沉積的方法在二氧化鈦納米管管內及表面上沉積Pt，即得到所需電極。本發明的工藝在沉積上不需要任何表面活性劑，工藝簡單，可實現Pt納米顆粒細小，比表面積大，光電催化性能優異。本發明製備的納米鉑/二氧化鈦納米管電極可應用在燃料電池、汙染物治理和催化劑等多個領域。
文檔編號C25D3/50GK102703953SQ201210186800
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月7日 優先權日2012年6月7日
發明者劉曼, 李洪義, 王金淑 申請人:北京工業大學