[发明专利]一种含氧空位的TiO2

说明书

本发明公开了一种含氧空位的TiO₂上负载Pd‑Co纳米合金催化剂及其制备方法和应用，所述催化剂是由载体和负载于载体上的活性组分组成，载体为表面含氧空位的TiO₂，活性组分为Pd‑Co纳米合金，Pd‑Co纳米合金的负载总量为6~15 wt%，优选为13 wt%；金属Pd‑Co的质量比为5:1~5:10，优选为5:8。本发明催化剂的制备方法简单，绿色环保，制得的催化剂Pd‑Co纳米合金活性组分在含氧空位的TiO₂载体上分布均匀，表现出良好的氧还原特性，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种含氧空位的TiO₂上负载Pd-Co纳米合金催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

燃料电池由于其低排放和高效率而在能量转换和能量存储设备方面引起了广泛关注。然而，燃料电池的主要阴极反应是氧还原反应（ORR），这是一种反应迟缓的反应。在燃料电池中使用Pd催化剂的关键瓶颈是它们的活性低和氧还原反应（ORR）的稳定性差。因此，需要开发新策略以提高Pd在ORR中的性能。

目前可从两个方面来提高负载型Pd催化剂的ORR活性，包括使Pd合金化和改性载体。Pd与3d过渡金属（例如Co，Fe, Au，Cu，Ni，和W）的合金化已成为增加Pd的ORR活性的有效策略，因为它改变了Pd的电子结构。将Pd合金化，不仅可以提高Pd在ORR中的性能，同时可以降低Pd在催化剂中的组分，降低催化剂合成成本。除了使Pd合金化之外，还可以通过改性载体来改变Pd NPs的电子结构，这可以进一步增强ORR的活性。

由于TiO₂含量丰富，成本低廉且无毒，作为催化剂载体具有很大的潜力。空位是修饰金属载体相互作用的最常见方法之一，尤其是氧空位。载体的不同氧化态将通过影响金属的电子结构来影响载体与金属之间的粘附性能。因而在TiO₂上引入氧空位对提高ORR性能起着重要作用。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种含氧空位的TiO₂上负载Pd-Co纳米合金催化剂的制备方法及其在氧还原反应中的应用，本发明催化剂的制备过程简单，制备过程中没有相应的“三废”排放，制备的催化剂催化效率高，催化稳定性好，由于在制备过程中通过高温煅烧的方式，其具有良好的机械稳定性，在电催化领域中具有广泛的应用潜力。

所述的一种含氧空位的TiO₂上负载Pd-Co纳米合金催化剂，其特征在于催化剂由载体和负载于载体上的活性组分组成，载体为表面含氧空位的TiO₂，活性组分为Pd-Co纳米合金，Pd-Co纳米合金的负载总量为6~15 wt%，优选为13 wt%；金属Pd-Co的质量比为5:1~5:10，优选为5:8。

所述的一种含氧空位的TiO₂上负载Pd-Co纳米合金催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）TiO₂(B)的制备

在剧烈搅拌下将Ti前驱体加入到乙二醇中，向混合液中滴加蒸馏水搅拌至颜色变为浅黄色；将所得混合物置于聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜内进行水热反应，反应结束后冷却，分离出白色沉淀物；将沉淀物进行洗涤，干燥，获得 TiO₂(B)纳米片；

2）TiO₂-Vo的制备

将步骤1）获得的TiO₂(B)纳米片在流动的Ar气氛中高温煅烧，TiO₂的部分氧在煅烧过程中以氧气或氧原子的形式丢失，得到黑色固体为含氧空缺的TiO₂，记为TiO₂-Vo；

3）Pd-Co/TiO₂-Vo的制备