Pd / C ( a), Pd /TiO2 / C ( b ) and Pd / TiO2 / C-APTMS ( c )几种催化剂在 1-0 mol / L NaOH 溶液中的循环伏安曲线
直接乙醇燃料电池(DEFCs)因具有理论能量密度高、绿色环保、安全便携的特点, 有望大规模应用于电动汽车和移动电子器件, 近年来已受到国内外研究者的广泛关注. 目前, Pt 是公认的醇类电氧化最好的催化剂, 但是由于Pt 储量有限, 价格昂贵, 使得燃料电池催化剂的成本居高不下. 研究发现, Pd 在碱性条件下对乙醇具有更高的催化氧化活性, 且相对Pt 而言, Pd 的储量更丰富, 价格也更便宜, 因此开发新型Pd 基催化剂对于乙醇氧化具有很好的实际应用价值.大量研究发现, 催化剂中金属纳米粒子的颗粒大小、形貌、分散性以及载体材料对乙醇氧化的催化活性和稳定性起到了至关重要的作用, 其中载体材料的性质在很大程度上影响了金属颗粒的粒径、分布及微观结构等, 进而决定了其电催化性能. TiO2 是一种化学性质稳定、安全无毒且价格低廉的过渡金属氧化物, 在光催化、电催化和化学催化领域都有着广泛的应用. 研究发现, Pt-TiO2 /C 等催化剂用作阴极催化剂时具有很好的氧还原催化活性; 而作阳极催化剂时, 由于TiO2 和贵金属之间的协同作用, 能够改变贵金属的电子结构, 降低贵金属对COad的吸附强度, 有效提高对醇类氧化的催化活性和抗中毒能力. 杨辉等通过化学还原和溶胶鄄凝胶法制备了Pt-TiO2 / C 催化剂,发现其对甲醇的电催化氧化活性明显高于Pt/ C 催化剂. Shen 等通过有机物分解碳化处理TiO2 纳米管制得了TiO2C, 并以其为载体制备了Pd/ TiO2C 催化剂, 发现该催化剂在碱性介质中对乙醇氧化的催化性能远远好于Pd/ C 催化剂. 因此, TiO2 载体在燃料电池领域有着良好的应用前景.通常, 制备复合型催化剂采用液相混合还原法, 即将贵金属的前驱体溶液加入到载体溶液中混合, 采用NaBH4 还原负载贵金属纳米颗粒. 然而由于NaBH4 的还原性极强, 得到的催化剂容易发生团聚, 影响贵金属颗粒在载体上的分散性, 进而降低催化剂的催化活性. 3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APTMS)分子常被用作偶联剂或表面活性剂, 它可以通过化学键作用对材料表面进行功能化, 而对材料本身的性质没有影响引入APTMS 对复合载体中的TiO2 进行表面氨基化修饰, 由于容易质子化的氨基带正电荷, 强烈的静电作用将带有负电荷的[PdCl4 ]2- 离子组装到TiO2 表面, 然后经NaBH4 原位还原被束缚的Pd 金属离子, 制备得到分散均匀的Pd/ TiO2 / C-APTMS 复合催化剂。