[发明专利]一种ATO纳米纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种ATO纳米纤维及其制备方法，包括：前体制备，静电纺丝，热处理。本发明采用共沉淀法制备锡锑氢氧化物，过滤洗涤除去原料中的氯离子等杂质，与传统的直接静电纺丝相比，具有更低的电阻率，消除了氯离子对ATO的污染以及对后续所负载贵金属催化剂的毒化作用；采用两步热处理法，先在较低温度预氧化，再在较高温度下热解，两步热处理法制备得到的ATO纳米纤维结构保持率好，比表面积较大，连续结构可以降低电子传导阻力，并有助于改善电催化反应过程中反应物与产物的传输阻力，提高电催化反应速率。本发明方法制备的ATO纳米纤维具有纯度高、高比表面积、低电阻率、高结构保持率、低成本等优点，纤维在电催化领域有较好应用前景。

技术领域

本发明属于质子交换膜燃料电池制备技术和新能源技术领域，涉及一种利用静电纺丝技术制备纳米纤维的方法，具体涉及一种ATO纳米纤维及其制备方法。

背景技术

电催化反应，如氧电化学还原反应、电解水析氧反应、电解水析氢反应领域中，所采用的催化剂及其载体均要求在酸或碱环境中具有良好的化学稳定性、电化学稳定性、机械稳定性、较高的电导性、高比表面积和较低的杂质含量。

锑掺杂氧化锡(ATO)是一种在酸或碱性条件下稳定、导电性较好的电化学催化剂载体材料。通过静电纺丝制备ATO纳米纤维可以有效提高ATO的比表面积，并且纳米纤维状的结构可以降低降低电子传导阻力，并有助于改善电催化反应过程中反应物与产物的传输阻力，从而提高电催化反应速率。

现有ATO静电纺丝技术均为含氯离子的Sn、Sb前体与溶剂、聚合物混合制备静电纺丝浆料，直接纺丝后焙烧。如，中国申请CN103290525B《一种核壳结构TiO₂/ATO纳米纤维及其制备方法》、中国申请CN103436991B《一种可提高比表面积的纳米纤维》。上述制备过程虽较为简单，但制备的ATO纤维中含有大量杂质，如Cl元素，会导致ATO纳米纤维导电性和结构有序度较差，比表面积较低，限制了其在电化学及化学能源领域的使用。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种ATO纳米纤维及其制备方法。本发明制备方法能够降低ATO纳米纤维中有害杂质元素的含量，降低ATO纤维的电阻率，提高ATO的比表面积和结构保持率，有助于促进其在电化学及化学能源领域的利用。

本发明通过以下技术方案实现：

一种ATO纳米纤维制备方法，其特征在于包括：前体制备，静电纺丝，热处理；具体包括：

S1前体制备：采用共沉淀法，以氯化锡和氯化锑为金属源，将其溶解于盐酸溶液中，与碱液共滴定，制备得到锡锑氢氧化物，经过过滤、洗涤除去包括氯离子的杂质，得到不含杂质的锡锑氢氧化物滤饼，并将其分散在溶剂中，得到锡锑氢氧化物分散液；

S2静电纺丝：步骤S1得到的锡锑氢氧化物分散液中加入聚合物制备纺丝液，分散均匀后进行静电纺丝，制备直径50～1000nm的纳米纤维；

S3热处理：热处理分为两个阶段；第一阶段预氧化，在空气气氛下，从室温加热到温度100～400℃，保温0.1～5小时；第二阶段高温热解，第一阶段保温后加热到温度400～900℃，保温0.1～5小时，制备得到ATO纳米纤维。

进一步步骤S1前体制备中，以金属计Sn与Sb的质量百分比为100:1～100:50。

进一步步骤S1前体制备中，过滤、洗涤除去溶液中的氯离子，将其分散在溶剂中；其中，分散用溶剂是：水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇、正丙醇中至少一种。

进一步步骤S2静电纺丝中，聚合物是：聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚酰胺、聚苯乙烯、聚醚砜、聚乙烯醇中至少一种，聚合物与Sn和Sb的质量比为10:1～1:10。

本发明ATO纳米纤维制备方法具体包括以下步骤：

S1前体制备：