1.一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂,其特征在于:所述电池阳极催化剂为纳米TiO2载体复合纳米NiCo合金并掺杂N,C而成。
2.根据权利要求1所述的一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂,其特征在于:所述纳米TiO2载体为TiO2纳米管、TiO2纳米纤维、多孔空心TiO2纳米球中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂,其特征在于:所述电池阳极催化剂中NiCo纳米合金的总含量为1~3%,Ni、Co的摩尔比为7:3~3:7。
4.根据权利要求1所述的一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂,其特征在于:所述电池阳极催化剂作为直接甲醇燃料电池阳极催化剂。
5.一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂的制备方法,其特征在于:所述电池阳极催化剂为纳米TiO2载体复合纳米NiCo合金并掺杂N,C而成,具体的制备方法如下:(1)TiO2载体的制备
所述纳米TiO2载体为TiO2纳米管、TiO2纳米纤维、多孔空心TiO2纳米球中的一种或多种;
TiO2纳米管的制备采用溶胶-凝胶法和高压水热反应法,TiO2纳米纤维的制备采用溶胶-凝胶法和静电纺丝法,多孔空心TiO2纳米球的制备采用溶胶-凝胶法;
(2)配制溶液
将NiSO4溶解到甲醇中,配制成浓度为10-20mg/mL的NiSO4/甲醇溶液;将CoSO4溶解到甲醇中,配制成浓度为10-20mg/mL的CoSO4/甲醇溶液;将2-甲基咪唑溶解到甲醇中,配制成浓度为50-100mg/mL的2-甲基咪唑/甲醇溶液;
(3)TiO2载体吸附Ni2+和Co2+
搅拌下将步骤(1)制得的TiO2载体浸渍于Ni、Co的摩尔比为nNi:nCo=7:3~3:7的NiSO4/甲醇溶液和CoSO4/甲醇溶液的混合溶液中,至NiCo/TiO2催化剂中NiCo的含量达到1~3%,用甲醇进行洗涤,烘干;
(4)形成Ni2+Co2+配合物-TiO2
将步骤(3)得到的吸附了Ni2+和Co2+的TiO2载体搅拌下浸渍于2-甲基咪唑/甲醇溶液中,浸渍时间4小时,形成Ni2+Co2+配合物-TiO2,其中2-甲基咪唑的摩尔数为步骤(3)中NiSO4和CoSO4摩尔数和的5倍,用甲醇洗涤,烘干;
(5)形成NiCo/TiO2和掺杂N,C
将步骤(4)得到的Ni2+Co2+配合物-TiO2在Ar氛中600℃焙烧3小时即得N,C掺杂的NiCo/TiO2直接甲醇燃料电池阳极催化剂。
6.根据权利要求5所述的一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂的制备方法,其特征在于:所述TiO2纳米管的制备方法具体如下:
将计算量的钛酸丁酯溶于一定量的无水乙醇,搅拌下滴加无水乙醇、冰醋酸和去离子水的混合物,水解形成溶胶,然后继续搅拌至形成凝胶;其中溶胶中钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸、去离子水的用量摩尔比为:n钛酸丁酯:n无水乙醇:n冰醋酸:n去离子水=1:20~40:1~2.5:2~6;
将形成的凝胶静置2~3天,并在80℃真空环境中干燥8~10小时,将研磨后得到的粉末在马弗炉中500℃空气焙烧3小时,制得纳米TiO2粉末;
将制得的TiO2粉末加入高压反应釜内胆中,加入浓度为10mol/L的NaOH溶液,在150℃温度下反应24小时;然后分别用去离子水和0.1mol/L的HCl溶液洗涤,80℃烘干后在马弗炉
500℃空气氛焙烧3小时即得TiO2纳米管。
7.根据权利要求5所述的一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂的制备方法,其特征在于:所述TiO2纳米纤维的制备方法具体如下:
将钛酸丁酯和聚乙烯吡咯烷酮PVP溶于无水乙醇中,搅拌下滴加无水乙醇、冰醋酸、去离子水的混合物,形成均匀透明的溶胶,然后进行静电纺丝;其中溶胶中钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸、去离子水、PVP的用量摩尔比为:n钛酸丁酯:n无水乙醇:n冰醋酸:n去离子水:nPVP=1:20~40:1~
2.5:2~6:0.1~0.2;
静电纺丝时,将形成的溶胶加入静电纺丝装置,将静电纺丝装置的电压调节为25kV,喷丝头到锡箔的距离为15cm,每小时喷溶胶2mL,得PVP/TiO2纤维;将PVP/TiO2纤维500℃空气氛焙烧3h,即制得TiO2纳米纤维。
8.根据权利要求5所述的一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂的制备方法,其特征在于:所述多孔空心TiO2纳米球的制备方法具体如下:
将计算量的钛酸丁酯溶于一定量的无水乙醇,加入一定量的表面活性剂PEG-400和Vulcan XC-72,搅拌下滴加无水乙醇、冰醋酸和去离子水的混合物,水解形成溶胶;制备溶胶时钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸、去离子水的用量摩尔比为:n钛酸丁酯:n无水乙醇:n冰醋酸:n去离子水=
1:20~40:1~2.5:2~6;
将水解形成的溶胶继续搅拌至形成凝胶,然后静置2-3天,80℃真空干燥8~10小时后,将研磨后得到的粉末在马弗炉中400~600℃空气焙烧3小时,即制得多孔空心TiO2纳米球。
9.根据权利要求8所述的一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂的制备方法,其特征在于:所述多孔空心TiO2纳米球的制备方法中,PEG-400用量为钛酸丁酯、无水乙醇、去离子水和冰醋酸总体积的1%。
10.根据权利要求8所述的一种NiCo/TiO2电池阳极催化剂的制备方法,其特征在于:所述多孔空心TiO2纳米球的制备方法中,Vulcan XC-72的用量为钛酸丁酯完全水解最后生成TiO2理论量的30%。