[發明專利]3維陣列式金屬-質子導體高聚物同軸納米線單電極及有序化膜電極與制備

無效

• 申請號: 201210197931.6
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102723500A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 木士春;李懷光;張瀟
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M8/10;B82Y30/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張安國;伍見

1.一種金屬-質子導體高聚物單電極，其特征在于：該單電極金屬-質子導體高聚物具有3維同軸結構。

2.一種具有3維同軸結構的金屬-質子導體高聚物單電極，其特征在于：質子導體高聚物具有3維結構，由質子交換膜及其一側定向生長著質子導體高聚物納米線陣列共同組成3維結構質子導體高聚物，金屬納米薄膜包敷在質子導體高聚物納米線外側，形成具有金屬-質子導體高聚物納米同軸結構的單電極。

3.如權利要求2所述的具有3維同軸結構的金屬-質子導體高聚物單電極，其特征在于：所述的質子導體高聚物成分為全氟磺酸樹脂、磺化聚砜類樹脂、磺化聚苯硫醚樹脂、磺化聚苯并咪唑、磺化聚磷腈、磺化聚酰亞胺樹脂、磺化聚苯乙烯樹脂、磺化聚醚醚酮樹脂中任一種。

4.如權利要求2所述的具有3維同軸結構的金屬-質子導體高聚物單電極，其特征在于：所述的質子導體高聚物納米線直徑小于500納米，長度小于10微米，作為質子導體納米纖維基底的質子交換膜厚度小于200微米。

5.如權利要求2或4所述的具有3維同軸結構的金屬-質子導體高聚物單電極，其特征在于：所述的質子導體高聚物納米線直徑為10~200納米，長度為50納米~2微米，作為質子導體納米纖維基底的質子交換膜厚度為50納米到100微米。

6.如權利要求2所述的具有3維同軸結構的金屬-質子導體單電極，其特征在于：所述的納米金屬薄膜，其厚度小于20納米。

7.如權利要求2或6所述的具有3維同軸結構的金屬-質子導體高聚物單電極，其特征在于：所述的納米金屬薄膜厚度為0.1~10納米。

8.如權利要求2所述的具有3維同軸結構的金屬-質子導體高聚物單電極，其特征在于：所述的金屬為金屬單質或金屬合金，所述的金屬合金為M_xN_y或M_xN_yO_z，其中M、N、O分別為Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os、Fe、Cr、Ni、Co、Mn、Cu、Ti、Sn、V、Ga、Mo中的任一金屬元素，且M、N、O互不相同，x、y、z為催化劑中各金屬質量比，其數值分別為大于0至100，且x+y=100或x+y+z=100；所述的金屬單質為Pt、Ru、Pd、Rh、Ir、Os中的任意一種。

9.一種具有3維同軸結構的金屬-質子導體高聚物單電極的制備方法，其特征在于制備步驟為：

步驟1、將孔徑范圍的6-600nm的雙通模板表面處理干凈，然后把質子導體高聚物溶液灌入模板納米孔道中直至溢出模板表面，整個灌注過程均在真空中進行，最后將此模板置于凍干機中凍干，從而制備出質子交換膜單側表面有質子導體高聚物納米線陣列的3D結構，上述質子導體高聚物是全氟磺酸樹脂、磺化聚砜類樹脂、磺化聚苯硫醚樹脂、磺化聚苯并咪唑、磺化聚磷腈、磺化聚酰亞胺樹脂、磺化聚苯乙烯樹脂及磺化聚醚醚酮樹脂中任一種；

步驟2、取出步驟1制得的含陣列式質子導體高聚物納米線的模板，向模板沒有質子導體膜覆蓋的一側孔道中注入金屬催化劑的前驅體鹽溶液，靜置30-60分鐘，然后將此模板與還原劑置于密閉容器中，室溫下還原劑還原10-20小時后，之后用去模板劑溶去模板，即得到以質子交換膜為基底的金屬-質子導體高聚物同軸納米線；

其中，所述的金屬催化劑的前驅體鹽為氯鉑酸、硫酸鎳、三氯化釕、硫酸鈷或氯化鈀；所述的去模板劑為5-10%的磷酸或氫氟酸，去除氧化鋁模板用5-10%的磷酸；所述的還原劑為易揮發性的強還原劑。

10.如權利要求9所述的一種具有3維同軸結構的金屬-質子導體高聚物單電極的制備方法，其特征在于：所述的還原劑為乙醇或者二甲基氨基甲硼烷。

11.一種納米有序化膜電極，其特征在于：該膜電極由兩個權利要求1的金屬-質子導體高聚物單電極通過它們的質子交換膜共同粘連構成，分別組成膜電極的陰極與陽極。

12.如權利要求11所述的納米有序化膜電極的制備方法，其特征在于制備步驟為：將兩個具有3維同軸結構金屬-質子導體高聚物單電極的質子交換膜用其質子導體高聚物溶液進行粘結，經110-140℃下處理10-30分鐘后，即制得納米有序化膜電極。