燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極及其製備方法
2024-02-29 23:01:15
專利名稱：燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極及其製備方法
技術領域：
本發明屬於燃料電池中催化電極材料及其製備方法，特別涉及一種燃料電池的 聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極及其製備方法。
背景技術：
燃料電池作為一種新型的能源裝置，具有能量效率高、工作溫度低、無汙染、 啟動迅速等諸多優點，已引起科技界和產業界的高度重視。在燃料電池中通常使用的催 化劑為貴金屬鉑或鉑的合金，例如PtRu、 PtRuW、 PtRuOsIr等。鉑作為一種稀缺資 源，其價格十分昂貴，因此需要提高鉑的利用率，降低鉑的用量，以達到降低燃料電池 成本的目的。目前人們普遍採用碳黑作為催化劑載體。然而，所製備的Pt/C、 PtM/C中 的Pt的利用率不高， 一個重要原因是大量的鉑或鉑合金微粒進入到碳表面的微孔中，由 於被埋藏的這部分鉑或鉑合金不能作用，從而降低了鉑的利用率。另外，鉑或鉑合金與 碳之間的結合度不高，且碳載體易被氧化腐蝕，從而導致催化劑的流失。
導電聚合物載體可以避免以上缺點，其製備方法也極為簡單。與傳統碳黑載體 相比，導電聚合物具有良好的導電性能、良好的抗腐蝕性能和高結構穩定性能，其作為 載體可以提高催化劑顆粒的分散度。另一方面，催化劑顆粒在導電聚合物上的結合力增 大，從而阻止催化劑微粒的團聚和流失現象，從而大大地提高了催化劑的利用率。然 而，傳統的導電聚合物在鹼性溶液中結構易發生降解或電化學活性失活，其作為催化劑 載體只能限制在酸性溶液中。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有好的熱穩定性及導電率，在基質材料上有強的附 著力，催化劑分散度高和電極的耐久性強，且在酸性或鹼性溶液中均具有良好的電化學 和化學穩定性能的燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極及其製備方法。
本發明的燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極，包括一層基質材料和一 層催化劑層，基質材料由銅、鐵、鎳、碳材料中的任意一種組成，基質材料上面為催化 劑層，該層由催化劑鉑、銠、鈀、鋨、銥、釕、金、銀貴金屬中的一種或兩種或三種和 載體聚(5-硝基吲哚)組成。 本發明的聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極及其製備方法，包括以下步驟
1、電化學溶液配製 將5-硝基噴哚溶於三氟化硼乙醚及其乙醚混合溶液中，配製出摩爾濃度為10
50mmol/L的電化學溶液； 2、 5-硝基噴哚的電聚合 將配製好的電化學溶液置入安裝有基質材料為工作電極和鉑作為對電極、Ag/ AgCl作為參比電極的電化學反應裝置中，向溶液中通入氮氣20分鐘，以除去溶液中的溶解氧，採用循環伏安法或恆電位法或脈衝電位法，控制電位範圍在0-1.5V(相對飽和甘 汞電極)之間，控制聚合電量範圍在68-72mC/cm2，在基質材料上電沉積聚(5-硝基吲哚) 層； 3、催化劑的電沉積 將聚(5-硝基吲哚)修飾的基質材料置入l-5mmol/L金屬鹽的水溶液中，在惰性 氣體保護下進行，利用循環伏安法(-0.5-0.2V，相對飽和甘汞電極)或恆電位法(-0.2V，相 對飽和甘汞電極)電沉積催化劑，控制沉積電量在0.23-0.28mC/cm2，從而製得聚(5-硝基 吲哚)負載催化劑電極。 本發明的燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極，採用導電聚(5-硝基吲 哚)作為催化劑載體，具有良好的熱穩定性、高的導電率和在基質材料上強的附著力，其 在酸性或鹼性溶液中均具有良好的電化學和化學穩定性能，所述製備方法製得的催化劑 電極可以提高催化劑的分散度和提高電極的耐久性，從而提高貴金屬催化劑的利用率。
圖1為聚(5-硝基吲哚XPNI)在lmol/L KOH溶液中的循環伏安圖； 圖2為聚(5-硝基吲哚)負載鉑電極(Pt/PNI)和Pt/C電極在lmol/L KOH溶液中
的循環伏安圖； 圖3為聚(5-硝基噴哚)負載鉑電極(Pt/PNI)和Pt/C電極在lmol/L甲醇+lmol/L KOH溶液中的循環伏安圖。
具體實施例方式—種燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極製備方法，包括以下步驟
1、電化學溶液配製 將5-硝基吲哚溶於三氟化硼乙醚及其乙醚混合溶液中，配製出摩爾濃度為
50mmol/L的電化學溶液； 2、 5-硝基噴哚的電聚合 將配製好的50mmol/L的5-硝基吲哚溶液置入安裝有基質材料碳為工作電極和鉑 作為對電極、Ag/AgCl作為參比電極的電化學反應裝置中，向溶液中通入氮氣20分鐘， 以除去溶液中的溶解氧，採用恆電位方法，控制電位範圍在1.3V(相對飽和甘汞電極)， 控制聚合電量範圍在70mC/cm2，在碳基質材料上電沉積聚合物；
3、催化劑鉑的電沉積 將聚(5-硝基吲哚)膜修飾的碳基質材料置入3mmol/L H2PtCl6+0.1M KC1的水溶 液中，在氮氣的保護下，利用恆電位法(-0.2V，相對飽和甘汞電極)電沉積鉑，控制沉積 電量在0.25mC/cm2，製得聚(5-硝基吲哚)負載催化劑鉑電極，鉑催化劑載量為0.12mg/ cm20
權利要求
一種燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極，包括一層基質材料和一層催化劑層，其特徵在於基質材料由銅、鐵、鎳、碳材料中的任意一種組成，基質材料上面為催化劑層，該層由催化劑鉑、銠、鈀、鋨、銥、釕、金、銀貴金屬中的一種或兩種或三種和載體聚(5-硝基吲哚)組成。將單體。
2. 如權利要求1所述的燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極的製備方法，其特徵在於它包括以下步驟(1) 、電化學溶液配將5-硝基吲哚溶於三氟化硼乙醚及其乙醚混合溶液中，配製出摩爾濃度為10 50mmol/L的電化學溶液；(2) 、 5-硝基吲哚的電聚合將配製好的電化學溶液置入安裝有基質材料為工作電極和鉑作為對電極、Ag/AgCl 作為參比電極的電化學反應裝置中，向溶液中通入氮氣20分鐘，採用循環伏安法或恆電 位法或脈衝電位法，控制電位範圍在0-1.5V(相對飽和甘汞電極)之間，控制聚合電量範 圍在68-72mC/cm2，在基質材料上電沉積聚(5-硝基噴哚)層；(3) 、催化劑的電沉積將聚(5-硝基吲哚)修飾的基質材料置入l-5mmol/L金屬鹽的水溶液中，在惰性氣體 保護下進行，利用循環伏安法(-0.5-0.2V，相對飽和甘汞電極)或恆電位法(-0.2V，相對飽 和甘汞電極)電沉積催化劑，控制沉積電量在0.23-0.28mC/cm2，製得聚(5-硝基吲哚)負 載催化劑電極。
全文摘要
一種燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極，包括一層基質材料和一層催化劑層，基質材料由銅、鐵、鎳、碳材料中的任意一種組成，基質材料上面為催化劑層，該層由催化劑鉑、銠、鈀、鋨、銥、釕、金、銀貴金屬中的一種或兩種或三種和載體聚(5-硝基吲哚)組成，其製備方法包括電化學溶液配製、5-硝基吲哚的電聚合、催化劑的電沉積。本發明的燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負載催化劑電極，採用導電聚(5-硝基吲哚)作為催化劑載體，具有良好的熱穩定性、高的導電率和在基質材料上強的附著力，其在酸性或鹼性溶液中均具有良好的電化學和化學穩定性能，所述製備方法製得的催化劑電極可以提高催化劑的分散度和提高電極的耐久性，從而提高貴金屬催化劑的利用率。
文檔編號H01M4/88GK101692494SQ200910186210
公開日2010年4月7日 申請日期2009年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者盧寶陽, 周衛強, 徐景坤, 李玉真, 杜玉扣, 楊平 申請人:江西科技師範學院