二氧化钛负载纳米金电催化乙醇
TiO2作为一种廉价易得的半导体材料而一直备受关注, 其优异的化学稳定性以及易加工性, 使得TiO2 经常作为载体而被应用于生物、化学、能源等领域。TiO2 纳米材料的制备正是其中的一个研究热点。对金属Ti 片进行阳极氧化处理而得到的TiO2纳米管阵列, 不仅具有规则的纳米周期结构, 还可直接作为工作电极使用, 这在电化学相关领域有着重要的应用价值。Au 纳米粒子是一种常用的催化材料, 经常负载于TiO2 基底上进行如光催化降解和光解水制氢等催化反应。它还对乙醇具有电化学催化氧化特性, 是燃料电池领域的研究热点。但是,利用Au 纳米粒子对电极进行修饰时, 往往由于Au的脱落团聚, 或者制备时引入的保护剂与还原剂等杂质, 而影响Au 纳米粒子的催化活性。因此, 通过绿色简便的方法, 在电极表面牢固地负载纯净Au 纳米粒子, 能够提高电极材料对乙醇的电催化氧化性能, 具有重要意义。
采用二次阳极氧化法制备形貌规则的双层TiO2 纳米管周期结构作为基底, 通过原位光还原法, 在纳米管阵列表面负载均匀分散的Au 纳米粒子。利用二次阳极氧化的方法制备了双层TiO2 纳米管周期结构。纳米管管径随氧化电压的增大而增大。优化后的样品, 一次氧化电压为60 V, 所得上层纳米管直径约110 nm; 二次氧化电压40 V, 所得下层纳米管直径约55 nm。之后通过绿色的原位光还原法在双层TiO2 纳米管表面负载无表面覆盖剂的Au 纳米粒子, 经优化后将纳米粒子的尺寸控制在15 nm 左右, 负载量较高且分散较为均匀。将所得的Au/TiO2周期异质结构直接用作工作电极, 对乙醇进行电催化氧化活性与稳定性检测。结果表明, 材料对乙醇的催化氧化峰电流可以达到0.65 mA/cm2, 且在50圈循环伏安检测后峰电流依然可以保持最大值的80%以上, 具有优异的乙醇催化活性与稳定性。除Au 纳米粒子以外, 该方法还对其他金属的负载具有普适性, Ag、Pd、Cu 等纳米粒子均可以通过该原位光还原法负载于TiO2 结构表面。