一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法，属于燃料电池催化剂技术领域。燃料电池膜电极催化剂，包括聚合物电解质和嵌设于聚合物电解质内的多孔金属。燃料电池膜电极催化剂的制备方法是在聚合物电解质表面嵌设合金层，再去除合金层中较活泼的金属。此制备方法制得的燃料电池膜电极催化剂，催化活性更强，并且通过聚合物电解质提供通畅的离子传输通道，使电池效率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法
本专利技术涉及燃料电池催化剂
，具体而言，涉及一种燃料电池膜电极催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着能源问题的日益突出，以及对清洁、高效能源利用技术的迫切需求，作为公认的清洁、高效、安全的能源利用技术之一，燃料电池技术显示出广阔的发展前景，预计在21世纪，燃料电池技术将逐步形成一个可持续发展的产业经济门类。燃料电池是利用电化学过程将燃料和氧化剂的化学能等温转化为电能的电化学装置，各种燃料电池之间的区别主要在于输出电能发生的电化学反应及其配套电极－电解质体系。20世纪90年代初，随着杜邦公司nafion系列质子交换膜在燃料电池中应用，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)在实用化上取得突破性进展，在宇航、汽车、军用移动电源、民用便携式电源等方面发展迅速。现有膜电极的催化剂层一般由催化剂纳米颗粒、碳粉和聚合物电解质树脂构成，是燃料电池电化学反应的场所。催化剂纳米颗粒只有在与导电子体碳粉、导离子体电解质树脂同时接触才能有效发挥作用，而催化剂纳米颗粒、碳粉和聚合物电解质树脂三者机械混合不均匀容易产生催化活性位点与导电子体碳粉或导离子介质聚合物电解质树脂分离的问题，导致阳极侧燃料氧化产生的电子或离子无法传递到阴极侧或阴极侧的氧气还原反应因缺少质子或电子而无法进行，影响阴、阳极电催化剂的使用效率，降低电池的输出功率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种燃料电池膜电极催化剂，催化活性强，并且通过聚合物电解质提供通畅离子传输通道，使电池效率更高。本专利技术的另一目的在于提供一种燃料电池膜电极催化剂的制备方法，方法简单，制备方便。本专利技术是采用以下技术方案实现的：一种燃料电池膜电极催化剂，包括聚合物电解质和嵌设于聚合物电解质内的多孔金属。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述多孔金属具有孔道，孔道、多孔金属和聚合物电解质均为连续结构。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述孔道的孔径为2－100nm。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述多孔金属为过渡金属或过渡金属合金。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述过渡金属合金为Pt合金。一种上述燃料电池膜电极催化剂的制备方法，在聚合物电解质表面嵌设合金层，再去除合金层中较活泼的金属。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述在聚合物电解质表面嵌设合金层包括：以聚合物电解质膜为衬底，采用磁控溅射法在聚合物电解质膜表面溅射合金层。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述以聚合物电解质膜为衬底，对衬底加热使聚合物电解质膜变软，采用磁控溅射法在聚合物电解质膜表面溅射合金层。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述合金层中较活泼的金属为Cu，去除合金层中较活泼的金属包括：在聚合物电解质表面嵌设合金层后置于酸溶液中。进一步地，本专利技术较佳的实施例中，上述合金层中较活泼的金属为Al，去除合金层中较活泼的金属包括：在聚合物电解质表面嵌设合金层后置于碱溶液中。本专利技术的较佳实施例提供的燃料电池膜电极催化剂的有益效果包括：多孔金属能够提供良好的传质通道，多孔金属的金属韧带可以作为催化剂与导电子体的结合体，聚合物电解质可以提供通畅的离子传输通道，多孔金属嵌设于聚合物电解质内，催化剂表面化学反应中产生的电子可通过金属韧带迅速转移到外电路，产生的质子、氢氧根离子等可通过聚合物电解质转移到对电极，提高催化剂的利用效率，电池效率有效提高。本专利技术提供的燃料电池膜电极催化剂的制备方法的有益效果包括：在聚合物电解质表面嵌设合金层，再去除合金层中较活泼的金属，合金中较活泼的金属去除，从而得到多孔金属，多孔金属嵌设在聚合物电解质表面，方法简单，操作方便。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本专利技术的保护范围。图1为本专利技术实施例1提供的燃料电池膜电极催化剂的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的燃料电池膜电极催化剂及其制备方法进行具体说明。燃料电池膜电极催化剂包括聚合物电解质和嵌设于聚合物电解质内的多孔金属。多孔金属能够提供良好的传质通道，多孔金属的金属韧带可以作为催化剂与导电子体的结合体，聚合物电解质可以提供通畅的离子传输通道，多孔金属嵌设于聚合物电解质内，催化剂表面化学反应中产生的电子可通过金属韧带迅速转移到外电路，产生的质子、氢氧根离子等可通过聚合物电解质转移到对电极，提高催化剂的利用效率，电池效率有效提高。多孔金属具有孔道，孔道、金属韧带和聚合物电解质均为连续结构。三者均为连续结构，使多孔金属中连通的孔道能够提供更好的传质通道，并且，多孔金属表面化学反应产生的电子能够通过连续的金属韧带转移至外电路，产生的质子、氢氧根离子等可通过连续的聚合物电解质形成的通畅的离子传输通道更加迅速完整地转移至对电极，进一步地提高催化剂的利用效率，使电池效率进一步有效提高。可选地，孔道的孔径为2－100nm。达到纳米尺寸，显著提高催化剂的比表面积即反应活性位点，使燃料电池膜电极催化剂的催化活性更高。燃料电池膜电极催化剂为薄膜结构，燃料电池膜电极催化剂的厚度为50nm～100μm，宏观尺度薄膜材料的纳米级韧带，可迅速转移反应产生电子，使燃料电池膜电极催化剂的催化活性更高。可选地，多孔金属为过渡金属或过渡金属合金。使用过渡金属或过渡金属合金作为多孔金属，能够提高催化剂的催化活性，使最后得到的燃料电池的电池效率更高。聚合物电解质为离子传导性聚合物，能够有效进行离子传输。聚合物电解质选自阴离子交换膜或阳离子交换膜。可选地，多孔金属和聚合物电解质的选择与燃料电池种类有关，如：作为水合肼燃料电池电极催化剂时，多孔金属选自Au、Ag、Pd、Cu、Co、Ni、ZnZr、AuCu、PdCu、PdNi和AgCu中的任意一种，聚合物电解质为阴离子交换膜，适用于碱性反应体系，对阴离子具有选择透过性作用，阴极产生OH－作为载流子，经过阴离子交换膜的选择透过性作用移动到阳极。得到的燃料电池膜电极催化剂在作为水合肼燃料电池催化剂的时候，其催化活性较高，水合肼燃料电池的电池效率更高。若：作为甲醇、甲酸或氢氧燃料电池的电极催化剂使用时，多孔金属可选自Pd、Pt、PtAu、PtCu、PtFe、PtNi、PtPb、PtRu、PtSn、PtBi，PdFe、PdCo、PdNi、PdCu中的任意一种，聚合物电解质为阳离子交换膜，对阳离子具有选择透过性作用，阳极产生H+作为载流子，经过阳离子交换膜传递到阴极。得到的燃料电池膜电极催化剂可以作为甲醇燃料电池、甲酸燃料电池或氢氧燃料电池催化剂，其催化活性较高，甲醇燃料电池或氢氧燃料电池的电池效率更高。可选地，过渡金属合金为Pt合金，进一步提高催化剂的催化活性，使最后得到的燃料电池的电池效率更高。上述燃料电池膜电极催化剂的制备方法，在聚合物电解质表面嵌设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，包括聚合物电解质和嵌设于所述聚合物电解质内的多孔金属。

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，包括聚合物电解质和嵌设于所述聚合物电解质内的多孔金属。2.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，所述多孔金属具有孔道，所述孔道、所述多孔金属和所述聚合物电解质均为连续结构。3.根据权利要求2所述的燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，所述孔道的孔径为2－100nm。4.根据权利要求1所述的燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，所述多孔金属为过渡金属或过渡金属合金。5.根据权利要求4所述的燃料电池膜电极催化剂，其特征在于，所述过渡金属合金为Pt合金。6.一种如权利要求1－5任一项所述的燃料电池膜电极催化剂的制备方法，其特征在于，在所述聚合物电解质表面嵌设合金层，再去除所述合金层中较活泼的金属。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：印会鸣，丁轶，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12