[發明專利]一種燃料電池的聚（2-苯基吲哚）負載催化劑電極的制備方法

在審

• 申請號: 201510721884.4
• 申請日: 2015-10-30
• 公開（公告）號: CN105390705A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 何丹農;李玉真;陳俊琛;張春明;金彩虹
• 申請（專利權）人: 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90
• 代理公司: 上海東方易知識產權事務所 31121
• 代理人: 唐莉莎

技術領域

本發明屬于燃料電池電極材料技術領域，具體涉及一種燃料電池的聚（2-苯基吲哚）負載催化劑電極的制備方法。

背景技術

燃料電池具有能量效率高、無污染、啟動迅速等諸多優點，在科技界和產業界均受到了高度重視并被廣泛研究。常用的燃料電池催化劑為鉑或鉑的合金（如PtRu,PtRuOsIr等），由于鉑等貴金屬具有空的d軌道，能夠與很多帶電物種發生吸附作用，且強度適中，抗氧化性、抗腐蝕性和耐高溫的能力都很強。然而，鉑作為一種稀缺資源，價格十分昂貴，因此，需要盡可能地提高鉑的利用率。目前，人們主要采用炭黑作為催化劑載體，但是大量的鉑或鉑合金微粒容易進入到碳表面的微孔中，導致這部分鉑無法起到催化作用，因此對鉑的利用率不高，此外，碳載體容易被氧化腐蝕，造成催化劑的流失。

與傳統炭黑相比，導電聚合物具有良好的導電性、抗腐蝕性和結構穩定性，作為載體可以提高催化劑顆粒的分散度從而避免以上缺點，且制備簡單。此外，由于導電聚合物與催化劑顆粒之間的結合力較大，催化劑顆粒不易團聚和流失，可以大大提高催化劑的利用率。然而，在堿性溶液中，傳統的導電聚合物易發生降解和電化學活性失活，限制了其作為催化劑載體的使用范圍。因此，發明一種新型導電聚合物作為負載催化劑電極的制備方法非常重要。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明提供了一種燃料電池的聚（2-苯基吲哚）負載催化劑電極的制備方法。

一種燃料電池的聚（2-苯基吲哚）負載催化劑電極的制備方法，其特征在于，該方法的具體步驟為：

（1）電化學溶液的配制：

將2-苯基吲哚溶于三氟化硼乙醚與乙醚的混合溶液中，配制出摩爾濃度為10-50mmol/L的電化學溶液；

（2）2-苯基吲哚的電化學聚合：

將配制好的電化學溶液置入電化學反應裝置中，該裝置以基質材料為工作電極、鉑為對電極、Ag/AgCl為參比電極，向溶液中通氮氣20分鐘除去溶解氧；控制電位范圍在0-1.5V(相對于飽和甘汞電極)、聚合電量范圍在65-75mC/cm²，采用循環伏安法、恒電位法或脈沖電位法，在基質材料上電沉積聚（2-苯基吲哚）層；

（3）催化劑的電沉積：

將1-5mmol/L貴金屬鹽的水溶液置入以聚（2-苯基吲哚）修飾的基質材料作為工作電極的電化學反應裝置中，在惰性氣體的保護下，利用恒電位法-0.2V，相對于飽和甘汞電極或循環伏安法-0.5-0.2V，相對于飽和甘汞電極，電沉積催化劑，控制沉積電量在0.25-0.3C/cm²，制得聚（2-苯基吲哚）負載催化劑電極。

催化劑電極包括基質材料和其上面的催化劑層。

基質材料可以為鐵、銅、鎳、碳材料中的任意一種。

基質材料上面的催化劑層由載體聚（2-苯基吲哚）和貴金屬催化劑鉑、銠、鈀、金、銀等中的一種、兩種或三種組成。

采用導電聚（2-苯基吲哚）作為催化劑載體，在酸性和堿性溶液中均具有良好的熱、電化學和化學穩定性，高的電導率和在基質材料上強的附著力。采用上述制備方法制得的催化劑電極能夠提高催化劑的分散度和電極的耐久性，從而提高貴金屬催化劑的利用率。

具體實施方式

本發明通過下面的具體實例進行詳細描述，但本發明的保護范圍不受限于這些實施例。

實施例一：

將0.19g2-苯基吲哚溶于100mL三氟化硼乙醚和乙醚的混合溶液中，配制出摩爾濃度為10mmol/L的電化學溶液。將配制好的電化學溶液置入電化學反應裝置中，該裝置以基質材料碳為工作電極、鉑為對電極、Ag/AgCl為參比電極，向溶液中通氮氣20分鐘，用以除去溶液中的溶解氧；采用恒電位方法，控制電位為0.5V(相對于飽和甘汞電極)、聚合電量為65mC/cm²，在碳基質材料上電沉積聚（2-苯基吲哚）層。以聚（2-苯基吲哚）修飾的碳基質材料為工作電極，置入3mmol/LH₂PtCl₆+0.1mol/LKCl的水溶液中，在氮氣保護下，利用恒電位法（-0.2V，相對于飽和甘汞電極）電沉積鉑催化劑，控制沉積電量為0.25C/cm²，制得聚（2-苯基吲哚）負載催化劑電極，鉑催化劑的負載量為0.12mg/cm²。

實施例二：