一種基于改性二氧化鈦納米管以提高其導(dǎo)電性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源材料領(lǐng)域，尤其涉及一種基于改性二氧化鈦納米管以提高其導(dǎo) 電性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 燃料電池 （Fuel Cell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能 的發(fā)電裝置；能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)60% -80%，不受"卡諾循環(huán)"的限制，實(shí)際使用效率是普通 內(nèi)燃機(jī)的2-3倍。燃料電池十分復(fù)雜，涉及化學(xué)熱力學(xué)、電化學(xué)、電催化、材料科學(xué)、電力系 統(tǒng)及自動控制等學(xué)科的有關(guān)理論，具有發(fā)電效率高、環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。質(zhì)子交換膜燃料電 池，作為氫氣能源利用的主要手段，由于能量轉(zhuǎn)化效率高、可實(shí)現(xiàn)零排放、可靠性能高、運(yùn)行 噪聲低、維護(hù)方便以及發(fā)電效率受負(fù)荷變化影響很小的優(yōu)勢，引發(fā)了大眾的極大熱情與興 趣。質(zhì)子交換膜燃料電池（PMEFC)的電極催化劑的成分主要以貴金屬納米鉑（Pt)顆粒為催 化的主要成分，鉑（Pt)在電池中催化氫氣和氧氣的反應(yīng)中有著其他的金屬無可比擬的優(yōu) 勢。因?yàn)槭褂觅F金屬從而大大的增加了質(zhì)子交換膜燃料電池的成本，當(dāng)需要增大生產(chǎn)規(guī)模 的時(shí)候，燃料電池其他的零部件成本必須降低，但是因?yàn)殂K金屬對氫氣氧氣卓越的催化效 能，并不能減少鉑顆粒的使用量，這降低了質(zhì)子交換膜燃料電池的商業(yè)化進(jìn)程。然而，因?yàn)?碳材料在質(zhì)子交換膜燃料電池的運(yùn)行條件下，容易腐蝕，造成催化劑鉑顆粒的團(tuán)聚與迀移， 降低了使用壽命。所以，改善催化劑載體的耐化學(xué)腐蝕性能和穩(wěn)定性是改善催化劑性能的 重點(diǎn)方向之一。
[0003] 在以往的研究中，我們已經(jīng)得知具有納米結(jié)構(gòu)形態(tài)的材料在穩(wěn)定催化劑方面起著 關(guān)鍵的作用。而TiO2納米管由于具有以下幾方面的優(yōu)勢：1)大的比表面積；2)表面有大量 的羥基；3)110 2納米管具有納米尺寸的內(nèi)徑；4)在酸性下，TiO2納米管具有很好的穩(wěn)定性， 這些優(yōu)勢使得110 2納米管適合做催化劑載體的基體材料。但是由于二氧化鈦本身的導(dǎo)電 能力小，因此，可以在二氧化鈦納米管基體材料表面填充導(dǎo)電材料才能提高催化劑載體的 導(dǎo)電能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于改性二氧化鈦納米管以提高其導(dǎo)電性的方法。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的方案為：
[0006] -種基于改性二氧化鈦納米管以提高其導(dǎo)電性的方法，它包括以下步驟：
[0007] 1)將二氧化鈦納米管加入到兩口瓶中，并在反應(yīng)容器中加入三乙胺，然后在隊(duì)保 護(hù)下加入引發(fā)劑，室溫條件下攪拌反應(yīng)1~24小時(shí)，然后將反應(yīng)好的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到離心管中， 洗滌、離心循環(huán)多次，最后將離心管中的下層沉淀物轉(zhuǎn)移后晾干，晾干后的產(chǎn)物為引發(fā)劑錨 固的二氧化鈦納米管；
[0008] 2)將二氧化鈦納米管-引發(fā)劑產(chǎn)物加入到反應(yīng)容器中，然后加入苯乙烯或甲基丙 烯酸的電解質(zhì)單體溶液，經(jīng)過多次循環(huán)的冷凍-抽真空-解凍的方式除去里面的空氣，將除 去空氣后的混合液在45°C~80°C時(shí)氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)0. 5~24h，對反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行烘干， 烘干后的產(chǎn)物為有機(jī)物錨固的二氧化鈦納米管；
[0009] 3)將二氧化鈦納米管-有機(jī)物復(fù)合物加入到瓷舟中，然后在惰性氣體保護(hù)下以 5°C每分鐘的升溫速度加熱到700~1500°C并恒溫碳化，之后取出產(chǎn)物并對其進(jìn)行研磨。
[0010] 上述方案中，所述的苯乙烯或甲基丙烯酸的電解質(zhì)單體溶液的體積濃度為10~ 50%〇
[0011] 上述方案中，所述步驟3)中的惰性氣體為高純氮?dú)饣蚋呒儦鍤狻?br>[0012] 上述方案中，所述的碳化時(shí)間為IOmin~120min。
[0013] 上述方案中，所述的碳化溫度為1000~1500°C。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過化學(xué)鍵將有機(jī)物錨固在二氧化鈦管的管壁上然 后高溫碳化，形成電子傳輸通道。納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦具有很好的穩(wěn)定性、耐電化學(xué)腐蝕性 和抗酸性。能夠很好的穩(wěn)固催化劑，而碳具有導(dǎo)電性，組合后能夠延長催化劑的使用壽命。
【附圖說明】
[0015] 圖1是實(shí)施例1得到的二氧化鈦納米管、二氧化鈦納米管-苯乙烯和碳化二氧化 鈦納米管的紅外圖譜。
[0016] 圖2是實(shí)施例2得到的碳化改性二氧化鈦納米管的拉曼譜圖。
[0017] 圖3是實(shí)施例2得到的碳化改性的二氧化鈦XRD圖。
[0018] 圖4是實(shí)施例2得到的碳化改性的二氧化鈦CV圖。
[0019] 圖5是實(shí)施例2得到的碳化改性二氧化鈦納米管阻抗圖。
[0020] 圖6是不同溫度下碳化改性二氧化鈦納米管阻抗圖。
[0021] 圖7是二氧化鈦納米管SEM圖。
[0022] 圖8和圖9分別是二氧化鈦納米管和碳化的二氧化鈦納米管TEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步對本發(fā)明進(jìn)行說明，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于 下面的實(shí)施例。
[0024] 實(shí)施例1
[0025] 本實(shí)施例提供一種基于改性二氧化鈦納米管以提高其導(dǎo)電性的方法，它包括以下 步驟：
[0026] 1)將0. 5g二氧化鈦納米管加入到含甲苯（IOmL)的兩口燒瓶中，并加入ImL三乙 胺，然后在N2保護(hù)下加入1~5mL的二甲基氯硅烷，氮?dú)鈼l件下攪拌反應(yīng)4h，然后將反應(yīng)好 的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到離心管中，洗滌、離心循環(huán)多次，最后將離心管中的下層沉淀物轉(zhuǎn)移后晾干， 晾干后的產(chǎn)物為二甲基氯硅烷錨固的二氧化鈦納米管；
[0027] 2)然后在反應(yīng)好的產(chǎn)物中加入少量氯鉑酸和IOml苯乙烯（體積溶度50% )，經(jīng) 過多次循環(huán)的冷凍-抽真空-解凍的方式除去里面的空氣，然后在45°C氮?dú)鈼l件下攪拌反 應(yīng)24h，然后將反應(yīng)好的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到離心管中，用甲苯和乙醇分別離心洗滌3次，最后將離 心管中的下層沉淀物轉(zhuǎn)移后烘干，烘干后的產(chǎn)物即為苯乙烯單體錨固的二氧化鈦納米管；
[0028] 將二氧化鈦納米管-苯乙烯單體產(chǎn)物加入到瓷舟中，然后在高純氮條件下以5°C 每分鐘的升溫速度加熱到700°C并恒溫碳化lh，對產(chǎn)物進(jìn)行研磨。
[0029] 本實(shí)施例所選用的二甲基氯硅烷的結(jié)構(gòu)式如下：
[0030]
[0031] 對得到的TiO2納米管-引發(fā)劑產(chǎn)物和TiO2納米管-苯乙烯進(jìn)行紅外光譜測試，結(jié) 果見圖1。從圖1中可以看出，800cm 1和1080cm 1處的吸收峰為娃氧鍵的峰，說明二甲基氯 硅烷已經(jīng)成功錨固在TiO2納米管表面。在1200~1500cm 1和2500~3000cm 1出現(xiàn)了苯 乙烯的特征吸收峰并且發(fā)生了偏移，說明苯乙烯發(fā)生了反應(yīng)并且接到了二氧化鈦表面。
[0032] 實(shí)施例2
[0033] 本實(shí)施例提供一種基于改性二氧化鈦納米管以提高其導(dǎo)電性的方法，它包括以下 步驟：
[0034] 1)將IOmL苯乙烯和IOmL甲苯加入到兩口燒瓶中，并加入少量氯鉑酸，然后在N2 保護(hù)下加入1~5mL的二甲基氯硅烷，45°C氮?dú)鈼l件下攪拌反應(yīng)4h，然后在反應(yīng)好的產(chǎn)物中 加入0. 5g二氧化鈦納米管和Iml三乙胺，45°C氮?dú)鈼l件下攪拌反應(yīng)24h，然后將反應(yīng)好的產(chǎn) 物轉(zhuǎn)移到離心管中，用甲苯和乙醇分別離心洗滌3