專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑電極及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池中催化電極材料及其制備方法，特別涉及一種燃料電池的 聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑電極及其制備方法。
背景技術(shù)：
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(wú)污染、 啟動(dòng)迅速等諸多優(yōu)點(diǎn)，已引起科技界和產(chǎn)業(yè)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(jià)格十分昂貴，因此需要提高鉑的利用率，降低鉑的用量，以達(dá)到降低燃料電池 成本的目的。目前人們普遍采用碳黑作為催化劑載體。然而，所制備的Pt/C、 PtM/C中 的Pt的利用率不高， 一個(gè)重要原因是大量的鉑或鉑合金微粒進(jìn)入到碳表面的微孔中，由 于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(jié)合度不高，且碳載體易被氧化腐蝕，從而導(dǎo)致催化劑的流失。
導(dǎo)電聚合物載體可以避免以上缺點(diǎn)，其制備方法也極為簡(jiǎn)單。與傳統(tǒng)碳黑載體 相比，導(dǎo)電聚合物具有良好的導(dǎo)電性能、良好的抗腐蝕性能和高結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(dǎo)電聚合物上的結(jié)合力增 大，從而阻止催化劑微粒的團(tuán)聚和流失現(xiàn)象，從而大大地提高了催化劑的利用率。然 而，傳統(tǒng)的導(dǎo)電聚合物在堿性溶液中結(jié)構(gòu)易發(fā)生降解或電化學(xué)活性失活，其作為催化劑 載體只能限制在酸性溶液中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有好的熱穩(wěn)定性及導(dǎo)電率，在基質(zhì)材料上有強(qiáng)的附 著力，催化劑分散度高和電極的耐久性強(qiáng)，且在酸性或堿性溶液中均具有良好的電化學(xué) 和化學(xué)穩(wěn)定性能的燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑電極及其制備方法。
本發(fā)明的燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑電極，包括一層基質(zhì)材料和一 層催化劑層，基質(zhì)材料由銅、鐵、鎳、碳材料中的任意一種組成，基質(zhì)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(fā)明的聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑電極及其制備方法，包括以下步驟
1、電化學(xué)溶液配制 將5-硝基噴哚溶于三氟化硼乙醚及其乙醚混合溶液中，配制出摩爾濃度為10
50mmol/L的電化學(xué)溶液； 2、 5-硝基噴哚的電聚合 將配制好的電化學(xué)溶液置入安裝有基質(zhì)材料為工作電極和鉑作為對(duì)電極、Ag/ AgCl作為參比電極的電化學(xué)反應(yīng)裝置中，向溶液中通入氮?dú)?0分鐘，以除去溶液中的溶解氧，采用循環(huán)伏安法或恒電位法或脈沖電位法，控制電位范圍在0-1.5V(相對(duì)飽和甘 汞電極)之間，控制聚合電量范圍在68-72mC/cm2，在基質(zhì)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(zhì)材料置入l-5mmol/L金屬鹽的水溶液中，在惰性 氣體保護(hù)下進(jìn)行，利用循環(huán)伏安法(-0.5-0.2V，相對(duì)飽和甘汞電極)或恒電位法(-0.2V，相 對(duì)飽和甘汞電極)電沉積催化劑，控制沉積電量在0.23-0.28mC/cm2，從而制得聚(5-硝基 吲哚)負(fù)載催化劑電極。 本發(fā)明的燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑電極，采用導(dǎo)電聚(5-硝基吲 哚)作為催化劑載體，具有良好的熱穩(wěn)定性、高的導(dǎo)電率和在基質(zhì)材料上強(qiáng)的附著力，其 在酸性或堿性溶液中均具有良好的電化學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性能，所述制備方法制得的催化劑 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(huán)伏安圖； 圖2為聚(5-硝基吲哚)負(fù)載鉑電極(Pt/PNI)和Pt/C電極在lmol/L KOH溶液中
的循環(huán)伏安圖； 圖3為聚(5-硝基噴哚)負(fù)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(huán)伏安圖。
具體實(shí)施例方式—種燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑電極制備方法，包括以下步驟
1、電化學(xué)溶液配制 將5-硝基吲哚溶于三氟化硼乙醚及其乙醚混合溶液中，配制出摩爾濃度為
50mmol/L的電化學(xué)溶液； 2、 5-硝基噴哚的電聚合 將配制好的50mmol/L的5-硝基吲哚溶液置入安裝有基質(zhì)材料碳為工作電極和鉑 作為對(duì)電極、Ag/AgCl作為參比電極的電化學(xué)反應(yīng)裝置中，向溶液中通入氮?dú)?0分鐘， 以除去溶液中的溶解氧，采用恒電位方法，控制電位范圍在1.3V(相對(duì)飽和甘汞電極)， 控制聚合電量范圍在70mC/cm2，在碳基質(zhì)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(zhì)材料置入3mmol/L H2PtCl6+0.1M KC1的水溶 液中，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，利用恒電位法(-0.2V，相對(duì)飽和甘汞電極)電沉積鉑，控制沉積 電量在0.25mC/cm2，制得聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑鉑電極，鉑催化劑載量為0.12mg/ cm20
權(quán)利要求
一種燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑電極，包括一層基質(zhì)材料和一層催化劑層，其特征在于基質(zhì)材料由銅、鐵、鎳、碳材料中的任意一種組成，基質(zhì)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(quán)利要求1所述的燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑電極的制備方法，其特征在于它包括以下步驟(1) 、電化學(xué)溶液配將5-硝基吲哚溶于三氟化硼乙醚及其乙醚混合溶液中，配制出摩爾濃度為10 50mmol/L的電化學(xué)溶液；(2) 、 5-硝基吲哚的電聚合將配制好的電化學(xué)溶液置入安裝有基質(zhì)材料為工作電極和鉑作為對(duì)電極、Ag/AgCl 作為參比電極的電化學(xué)反應(yīng)裝置中，向溶液中通入氮?dú)?0分鐘，采用循環(huán)伏安法或恒電 位法或脈沖電位法，控制電位范圍在0-1.5V(相對(duì)飽和甘汞電極)之間，控制聚合電量范 圍在68-72mC/cm2，在基質(zhì)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(zhì)材料置入l-5mmol/L金屬鹽的水溶液中，在惰性氣體 保護(hù)下進(jìn)行，利用循環(huán)伏安法(-0.5-0.2V，相對(duì)飽和甘汞電極)或恒電位法(-0.2V，相對(duì)飽 和甘汞電極)電沉積催化劑，控制沉積電量在0.23-0.28mC/cm2，制得聚(5-硝基吲哚)負(fù) 載催化劑電極。
全文摘要
一種燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑電極，包括一層基質(zhì)材料和一層催化劑層，基質(zhì)材料由銅、鐵、鎳、碳材料中的任意一種組成，基質(zhì)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，其制備方法包括電化學(xué)溶液配制、5-硝基吲哚的電聚合、催化劑的電沉積。本發(fā)明的燃料電池的聚(5-硝基吲哚)負(fù)載催化劑電極，采用導(dǎo)電聚(5-硝基吲哚)作為催化劑載體，具有良好的熱穩(wěn)定性、高的導(dǎo)電率和在基質(zhì)材料上強(qiáng)的附著力，其在酸性或堿性溶液中均具有良好的電化學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性能，所述制備方法制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(hào)H01M4/88GK101692494SQ200910186210
公開(kāi)日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者盧寶陽(yáng), 周衛(wèi)強(qiáng), 徐景坤, 李玉真, 杜玉扣, 楊平 申請(qǐng)人:江西科技師范學(xué)院