[發明專利]銀/鉑納米催化劑修飾的Nafion復合膜及制備方法

有效

• 申請號: 201810421902.0
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108539237B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 趙金保;傅韜;張斯澤
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M8/1069
• 分類號: H01M8/1069;H01M8/1041;H01M4/92;B82Y30/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

銀/鉑納米催化劑修飾的Nafion復合膜及制備方法，涉及Nafion復合膜。Nafion復合膜設有Nafion膜和銀/鉑雙金屬納米催化劑，催化劑負載于Nafion膜上，催化劑直接生長在Nafion膜上。將Nafion膜浸泡于鈉鹽溶液中，得表面接有Na離子的Nafion?Na⁺型膜；將Nafion?Na⁺型膜浸泡于銀鹽溶液中，得表面接有Ag離子的Nafion?Ag⁺型膜；將Nafion?Ag⁺型膜浸入表面活性劑和還原劑的混合液中，混合液加熱，加入反應引發劑反應，得表面生長Ag納米顆粒的Nafion?Ag型膜；Nafion?Ag型膜浸泡于鉑鹽溶液中，得銀/鉑納米催化劑修飾的Nafion復合膜。

技術領域

本發明涉及Nafion復合膜，尤其是涉及銀/鉑納米催化劑修飾的Nafion復合膜及其制備方法。

背景技術

燃料電池是一種將燃料和氧化劑的化學能直接轉變成為電能的能量轉化裝置。由于其具有能量轉化率高、運行時的污染物少、噪音微弱等優點，被認為是新能源汽車動力的發展方向之一。然而，燃料電池的關鍵部件之一膜電極組件(membrane electrodeassembly,MEA)的造價十分昂貴，并且存在著輸出功率不高、穩定性差等缺點，很大程度上阻礙了燃料電池的大規模應用。

MEA的造價之所以高昂，是因為其中使用了催化燃料電池電極反應的貴金屬鉑催化劑，而現今的鉑催化劑對燃料電池陰極發生的氧氣還原反應的催化活性不強，需要在MEA中大量使用鉑催化劑才能保證MEA的輸出功率滿足實際應用的需求，這大大提高了MEA的成本。

這一問題的解決思路有兩類，一類是改良鉑催化劑，在降低鉑金屬用量的同時提高鉑金屬的本征催化活性，如M.Markovic發表在Science上的論文(Science,2007,315:493-497)報道了電催化活性遠高于Pt單晶材料的Pt₃Ni合金材料；Tao等人發表的Journalof Power Sources論文(Journal of Power Sources,2017,365:17-25)報道了氧還原催化活性高于商業化Pt/C催化劑的Ag/Pt雙金屬催化劑。另一類是改良MEA的制備工藝，讓MEA中的催化層結構更適于催化氣體的反應。如將金屬催化劑直接沉積在Nafion膜上的真空濺射法、化學沉積法和電化學沉積法等。Srinivasan等人曾報道過在質子交換膜上噴涂了Pt顆粒后制成的MEA的載量遠低于傳統方法制備的MEA，且MEA的催化層微觀結構得到改善，具有一定的輸出功率(Electrochim.Acta,1997,42:1587-1593)。可見這個方法具有一定的作用和實際應用上的潛力。

發明內容

本發明的目的在于針對現有的上述技術問題，提供銀/鉑納米催化劑修飾的Nafion復合膜及其制備方法。

所述銀/鉑納米催化劑修飾的Nafion復合膜設有Nafion膜和銀/鉑雙金屬納米催化劑，所述銀/鉑雙金屬納米催化劑負載于Nafion膜上，所述銀/鉑雙金屬納米催化劑的尺寸可為4～300nm，Pt負載量可調控，Nafion膜的厚度可為25～200μm。所述銀/鉑納米催化劑修飾的Nafion復合膜以銀/鉑雙金屬材料為催化劑，降低了鉑在催化劑中的用量，成本比使用純鉑的材料更低；并且銀/鉑雙金屬納米催化劑直接生長在Nafion膜上，與Nafion膜緊密結合，更有利于質子在催化劑和Nafion膜之間的傳導，另外，銀/鉑納米催化劑修飾的Nafion復合膜可以直接與碳紙熱壓制成MEA，大大降低了MEA的制備難度，可以降低MEA的制作成本。該制備方法操作簡單，可重復性高；所制備的復合膜具有低成本、較高的電催化活性和催化穩定性，可應用于燃料電池等能源領域。

所述銀/鉑納米催化劑修飾的Nafion復合膜的制備方法包括以下步驟：

1)將Nafion膜浸泡于鈉鹽溶液中，得表面接有Na離子的Nafion-Na⁺型膜；