[發明專利]一種催化劑原位生長于有序結構微孔層上的燃料電池電極及膜電極的制備方法

有效

• 申請號: 202011190962.X
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112331858B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 蘇華能;李金龍;張瑋琦;馬強;徐謙
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M4/92;H01M8/1004;H01M8/1007
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1.一種催化劑原位生長于有序結構微孔層上的燃料電池電極制備膜電極的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：電極基底層的處理：將碳紙或者碳布作為電極基底層，在沸騰的有機溶劑中進行洗滌，除去表面污垢，然后將電極基底層在疏水劑中浸泡一段時間，干燥，燒結，做憎水處理；

步驟二：制備疏水層：將一定量酸處理的碳粉、疏水劑和造孔劑一起均勻分散于異丙醇中，超聲形成均勻分散的漿料，然后將漿料均勻噴涂于步驟一中處理的碳紙或者碳布一側，然后對其干燥、燒結，制備出疏水層；

步驟三：制備有序結構親水層：將一定量酸處理的碳粉、親水劑和造孔劑一起均勻分散于異丙醇中，超聲形成均勻分散的漿料，然后將漿料均勻噴涂于步驟二中所制備的疏水層表面，在親水層沒有干燥之前使用AAO模板膜刻親水層，形成有序微孔通道，然后用酸將AAO模板完全刻蝕，洗滌，烘干，制備出有序多孔雙微孔層的氣體擴散層（GDL）；

步驟四：原位生長鉑基催化劑：將步驟三中得到的GDL固定于反應容器底部，使親水層朝上，向容器中依次加入鉑或者鉑與其它金屬的前驅體、還原劑及表面活性劑，在室溫下靜置，使鉑基催化劑還原生長到親水層有序陣列上，待反應完全后，水洗，干燥，得到基于有序陣列微孔層的鉑基催化層，然后向催化層表面均勻滴加一定量的質子導體溶液，室溫靜置一段時間，使質子導體均勻分布在催化層中，然后干燥，得到基于有序微孔層的氣體擴散電極（GDE）；

步驟五：膜電極的制備：將步驟四中的GDE作為陰極，常規Pt/C電極作為陽極，中間用質子交換膜隔開，熱壓，即得到催化劑原位生長于有序結構微孔層上的膜電極。

2.利用權利要求1所述的催化劑原位生長于有序結構微孔層上的燃料電池電極制備膜電極的方法制備的膜電極，其特征在于，催化劑原位生長于有序結構微孔層上的燃料電池電極作為陰極，Pt/C電極作為陽極，中間為質子交換膜。

3.根據權利要求2所述的膜電極，其特征在于，質子交換膜為全氟磺酸膜。

4.根據權利要求2所述的膜電極，其特征在于，所述質子交換膜通過過氧化氫和硫酸處理。

5.利用權利要求1所述的催化劑原位生長于有序結構微孔層上的燃料電池電極制備膜電極的方法制備的燃料電池電極，其特征在于，包括電極基底層、疏水層、有序結構親水層和催化劑；在所述電極基底層上制備有疏水層，疏水層上制備有有序結構親水層，有序結構親水層上均布有催化劑；其中，催化劑為鉑基催化劑，鉑基催化劑的形貌為納米線、納米棒、納米枝晶中的一種。

6.根據權利要求5所述的催化劑原位生長于有序結構微孔層上的燃料電池電極制備膜電極的方法制備的燃料電池電極，其特征在于，所述鉑基催化劑為鉑、鉑銅、鉑銀、鉑銥、鉑釕、鉑銠中的一種。

7.根據權利要求5所述的催化劑原位生長于有序結構微孔層上的燃料電池電極制備膜電極的方法制備的燃料電池電極，其特征在于，所述鉑基催化劑為鉑、鉑銅、鉑銀、鉑銥、鉑釕、鉑銠中的一種。

8.根據權利要求5所述的催化劑原位生長于有序結構微孔層上的燃料電池電極制備膜電極的方法制備的燃料電池電極，其特征在于，所述電極基底層為碳纖維紙、碳纖維編織布、碳黑紙、碳氈中的一種。

9.根據權利要求5所述的催化劑原位生長于有序結構微孔層上的燃料電池電極制備膜電極的方法制備的燃料電池電極，其特征在于，所述有序結構親水層為有序垂直棒狀陣列，單體直徑0.5~1μm，間距1~2μm，長7~15μm。