[發明專利]基于金屬氧化物納米帶的有序化膜電極及其制備和應用

有效

• 申請號: 201611014780.0
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN108075139B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 邵志剛;曾亞超;俞紅梅;張洪杰;秦曉平;宋微;衣寶廉
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M8/1004;B82Y30/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

1.一種基于金屬氧化物納米帶的有序化膜電極，其特征在于：膜電極的催化層由一側表面擔載有催化劑的金屬氧化物納米帶組成，所制備的催化層位于離子交換膜的一側或者兩側；

膜電極的催化層的厚度為50nm～5μm，催化層由寬度為10nm～200nm，長度為50nm～5μm，厚度為5nm～100nm的金屬氧化物納米帶構成，金屬氧化物納米帶的一側表面擔載有催化劑，催化劑在納米帶表面形成連續薄膜，薄膜的厚度在1nm～500nm，金屬氧化物納米帶的一端固定于離子交換膜表面；

制備過程為：

(1)采用水熱法在基底上合成有序的Co-OH-CO₃納米棒陣列；

(2)在Co-OH-CO₃納米棒陣列上擔載金屬氧化物，形成帶金屬氧化物的納米棒陣列；

(3)在帶金屬氧化物的納米棒陣列上擔載催化劑；

(4)將擔載有催化劑的帶金屬氧化物的納米棒陣列轉印于離子交換膜的一側或者兩側；

(5)對擔載有催化層的膜電極進行凈化處理，形成基于金屬氧化物納米帶的有序化膜電極。

2.按照權利要求1所述有序化膜電極，其特征在于：膜電極所采用的離子交換膜為陽離子交換膜或者陰離子交換膜。

3.一種權利要求1-2任一所述基于金屬氧化物納米帶的有序化膜電極的制備方法，其特征在于：

(1)采用水熱法在基底上合成有序的Co-OH-CO₃納米棒陣列；

(2)在Co-OH-CO₃納米棒陣列上擔載金屬氧化物，形成帶金屬氧化物的納米棒陣列；

(3)在帶金屬氧化物的納米棒陣列上擔載催化劑；

(4)將擔載有催化劑的帶金屬氧化物的納米棒陣列轉印于離子交換膜的一側或者兩側；

(5)對擔載有催化層的膜電極進行凈化處理，形成基于金屬氧化物納米帶的有序化膜電極。

4.按照權利要求3所述有序化膜電極的制備方法，其特征在于：步驟(1)中的基底可為玻璃、鎳片、鎳網、不銹鋼片或者鈦片；

步驟(1)中Co-OH-CO₃陣列的生長是通過高壓水熱法制備，包含以下步驟：

A、配制反應溶液，反應溶液為含濃度為1-30mM的氟化銨、1-30mM的尿素、1-50mM的硝酸鈷的水溶液；

B、將基底浸漬入反應溶液中，在高壓反應釜中90-150℃下反應30min-24h，在基底上制備成Co-OH-CO₃陣列。

5.按照權利要求3所述有序化膜電極的制備方法，其特征在于：步驟(2)中擔載金屬氧化物的方法有物理氣相沉積或化學氣相沉積，所擔載的金屬氧化物是Cr、Ti、Nb、Ta、Mn、W、Sn金屬的一種或者二種以上金屬的復合氧化物，氧化物的擔量為1μg cm^-2～10mg cm^-2。

6.按照權利要求3所述膜電極的制備方法，其特征在于：步驟(3)擔載催化劑的方法有物理氣相沉積、化學氣相沉積、浸漬還原法或浸漬燒結法，所擔載催化劑Pt、Pd、Ir、Au、Ru、Ag、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Cr中的一種及二種以上的元素構成，催化劑擔量為1μg cm^-2～100mgcm^-2。

7.按照權利要求3所述膜電極的制備方法，其特征在于：步驟(4)轉印時施加壓力大小為0 .1～50MPa，時間在1s～30min，溫度在20～200℃。