一種表面電沉積鉑納米花的電極及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型植酸分散的多壁碳納米管用于電沉積鉑納米花簇的方法及其對甲醇催化。本發(fā)明提供的鉑納米花簇能夠用于催化甲醇，制備燃料電池，納米花簇的合成包括以下步驟：（1）將碳納米管溶于植酸溶液中，使得碳納米管的濃度是0.5-3mg/mL；（2）將植酸分散的碳納米管自主裝到玻碳電極，自組裝時間為10-90分鐘；（3）將上述玻碳電極在0.2mM?H2PtCl6+0.5M?H2SO4溶液中在0.1V-0.3V下沉積，得到鉑納米花簇。本發(fā)明制備方法簡單，環(huán)保；制得的鉑納米花簇對甲醇具有很好的電化學(xué)催化性能，比裸玻碳和DMF分散的碳納米管自組裝到玻碳電極沉積鉑納米花簇對甲醇的催化性能好。
【專利說明】一種表面電沉積鉑納米花的電極及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于催化劑制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種將新型分散碳納米管用于制備電沉積鉬納米花簇的方法和將其用于對甲醇的電化學(xué)催化應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]直接甲醇燃料電池(DMFC)具有燃料便宜、易于儲存和攜帶、理論單位能量高，近乎無污染排放等優(yōu)點，是各種小型便攜式電源的理想動力源之一。而實際DMFC的陽極催化劑容易中毒，因此制備和尋找高活性的催化劑是提高DMFC性能的重要途徑，也成為研究者們不斷追求的目標(biāo)。為了提高電催化劑催化氧化甲醇的能力研究人員主要從以下兩方面進(jìn)行研究:一方面利用碳納米管、碳纖維介孔碳材料、石墨烯及其復(fù)合物等各種新型碳材料代替原來的傳統(tǒng)碳材料為載體為催化劑提供優(yōu)良的導(dǎo)電性以利于電子傳導(dǎo)，并通過調(diào)節(jié)催化劑載體材料微觀結(jié)構(gòu)使得催化劑在載體表面高度分散提高催化劑的利用率，因此催化劑載體的選擇與制備是提高催化劑催化活性的關(guān)鍵；另一方面研究人通過制備鉬的二元合金、三元合金以及通過摻入過渡金屬氧化物的途徑來提高催化劑的活性和抗中毒性。
[0003]碳納米管是由石墨碳原子層卷曲而成的形如空心圓柱狀的“籠形管”。在眾多的納米材料中，碳納米管普遍被人們看好，被稱之為納米材料的“烏金”。碳納米管自身的獨特性能決定了它在高新技術(shù)的諸多領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用前景，已成為國際上的研究熱點。碳納米管既是納米材料又是管，屬一維納米材料，很容易發(fā)生團聚。碳納米管團聚的原因有兩個:纏繞和大比表面積引起的高表面活化能。在實際應(yīng)用過程中，其團聚形態(tài)往往會破壞單根碳納米管所表現(xiàn)出的優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)特性，從而限制了碳納米管的應(yīng)用。碳納米管通常采用超聲波振蕩為輔助手段的溶液方法來進(jìn)行分散。目前常用的碳納米管分散劑有兩類:第一類是由有機溶劑如三氯甲烷、丙酮與水組成的溶液，這類溶劑雖能分散碳納米管，但分散溶液只能保留幾個小時；第二類是由表面活性劑組成的分散劑，常用的有十二烷基苯磺酸鈉(SDS)。
[0004]植酸，即肌醇六磷酸，是一種天然產(chǎn)物，植酸作為螯合劑、抗氧化劑、保鮮劑、水的軟化劑、發(fā)酵促進(jìn)劑、金屬防腐蝕劑等，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、油漆涂料、日用化工、金屬加工、紡織工業(yè)、塑料工業(yè)及高分子工業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域。本專利發(fā)現(xiàn)其在分散碳納米管的時候不會破壞碳納米管的結(jié)構(gòu)，并且能夠很容易的組裝到電極表面，利于電化學(xué)的應(yīng)用。迄今為止，國內(nèi)外尚未有利用植酸來分散碳納米管并組裝到電極上面用于制備鉬納米粒子的方法。所以尋找一種制備簡單的電極組裝碳納米管的方法是一個迫切需要解決的重要技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是構(gòu)建一種利用植酸作為分散劑的碳納米管組裝到電極表面沉積鉬納米粒子，提高甲醇催化性能。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:[0007]一種表面電沉積鉬納米花的電極的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)將碳納米管分散于植酸溶液(PA)中，超聲3_5h，得到PA-CNTs納米復(fù)合材料，固液比為0.5-3mg/mL ；
[0009](2)將PA-CNTs納米復(fù)合材料自組裝于玻碳電極，自組裝時間為10_90分鐘，得到沉積有PA-CNTs納米復(fù)合材料的玻碳電極，記為PA-CNTs/GCE ；
[0010](3)將步驟(2)得到的 PA-CNTs/GCE 在在 0.l_2mM H2PtCl6+0.1-1M H2SO4 溶液中進(jìn)行電沉積，控制電沉積的電量為6.3mC-50.4mC，沉積電位為0.1V-0.3V。
[0011]步驟(I)中的固液比優(yōu)選lmg/mL。
[0012]步驟(2)中的自組裝時間優(yōu)選30min。
[0013]步驟(3)中優(yōu)選PA-CNTs/GCE 在 0.2mM H2PtCl6+0.5_M H2SO4 溶液中進(jìn)行電沉積，沉積電量為37.8mC，沉積電位為0.15V。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0015]1、制備方法簡單，成本低。
[0016]2、制得的植酸分散的碳納米管性能穩(wěn)定，不影響碳納米管的結(jié)構(gòu)。
[0017]3、制得的植酸分散碳納米管電極沉積鉬納米花簇對甲醇具有高的電化學(xué)催化活性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為裸玻碳電極沉積的鉬納米花簇的SEM圖。
[0019]圖2為玻碳電極上面自主裝碳納米管后的SEM圖。
[0020]圖3為不同電極沉積鉬納米花簇之后對甲醇催化性能比較圖。
[0021]上述電化學(xué)實驗在CHI660D型電化學(xué)工作站(上海辰華儀器有限公司)上進(jìn)行，采用傳統(tǒng)的三電極體系，修飾電極為工作電極，其中對電極采用飽和甘汞電極，銀/氯化銀電極為參比電極。紫外-可見(UV-vis)光譜實驗采用760CRT雙光束紫外分光光度計(上海精密科學(xué)儀器有限公司)；SK2200H超聲儀(上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司)。
【具體實施方式】
[0022]下面通過【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0023](I)將碳納米管溶于植酸溶液中，使得碳納米管的濃度是lmg/mL ；
[0024](2)將植酸分散的碳納米管自主裝到玻碳電極，自主裝時間為30分鐘；
[0025](3)將上述玻碳電極在0.2mM H2PtCl6+0.5M H2SO4電解質(zhì)溶液中，沉積電量為37.8mC，沉積電位為0.15V，得到鉬納米花簇。
[0026]圖1是裸玻碳電極沉積的鉬納米花簇的SHM圖，從圖中可以看出，鉬納米花簇的直徑約為I y m。
[0027]圖2是玻碳電極上面自主裝上碳納米管后的SEM圖，圖2A是植酸分散的碳納米管，圖2B是DMF分散的碳納米管，從圖中很明顯的看出，植酸分散的碳納米管更好的組裝到電極上。
[0028]圖3是不同電極沉積鉬納米花簇之后對甲醇催化性能比較圖，從圖中可以看出，植酸分散的碳納米管自組裝到電極上沉積鉬納米花簇(圖3c)對甲醇的催化性能明顯優(yōu)于裸玻碳沉積鉬納米花簇(圖3a)和DMF分散的碳納米管自組裝到電極上沉積鉬納米花簇(圖 3b)。
[0029]以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施例所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的原理下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種表面電沉積鉬納米花的電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將碳納米管分散于植酸溶液(PA)中，超聲3-5h，得到PA-CNTs納米復(fù)合材料，固液比為 0.5_3mg/mL ； (2)將PA-CNTs納米復(fù)合材料自組裝于玻碳電極，自組裝時間為10-90分鐘，得到沉積有PA-CNTs納米復(fù)合材料的玻碳電極，記為PA-CNTs/GCE ； (3)將步驟(2)得到的PA-CNTs/GCE 在 0.l_2mM H2PtCl6+0.1-1M H2SO4 溶液中進(jìn)行電沉積，控制電沉積的電量為6.3mC-50.4mC，沉積電位為0.1V-0.3V。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面電沉積鉬納米花的電極的制備方法，其特征在于，步驟(1)中的固液比為lmg/mL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面電沉積鉬納米花的電極的制備方法，其特征在于，步驟(2)中的自組裝時間為30min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面電沉積鉬納米花的電極的制備方法，其特征在于，步驟(3)中PA-CNTs/GCE在0.2mM H2PtCl6+0.5mM H2SO4溶液中進(jìn)行電沉積，沉積電量為37.8mC，沉積電位為0.15V。
5.一種表面電沉積鉬納米花的電極，其特征在于，由權(quán)利要求1-4任意一項所述方法制備。
6.權(quán)利要求5所述的表面電沉積鉬納米花的電極用于對甲醇的電化學(xué)催化。
【文檔編號】B82Y40/00GK103647088SQ201310632782
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】楊海峰, 葉平平 申請人:上海師范大學(xué)