一种有序化的PEM水电解膜电极阳极催化层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种有序化的PEM水电解膜电极阳极催化层的制备方法。该催化层阵列具有双层结构，以过渡金属氧化物阵列为催化层载体，催化剂包裹在阵列表层。具有结构有序化、贵金属催化剂担载量低、可高电流密度稳定运行的特点。具体在于：采用水热法制备以非贵金属氧化物为阵列载体，通过电沉积技术在阵列表面制备催化剂薄壳，得到有序化析氧电极。该膜电极催化层具有制备方法简单、可靠、结构均匀。所制备的催化层可用于质子交换膜水电解(PEMWE)膜电极的制备，实现PEM水电解制氢的低成本、高效、稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种有序化的PEM水电解膜电极阳极催化层及其制备方法与应用
本专利技术属于电解水膜电极制备领域，具体涉及一种质子交换膜水电解(PEMWE)膜电极的有序化催化层及其制备方法与应用。
技术介绍
膜电极作为关键部件，成本的降低是解决PEM水电解走向商业化应用的关键因素。当前，铱基和钌基催化剂被公认具有最高的析氧活性，是PEM水电解膜电极的关键材料之一，然而由于铱和钌元素在地球的储量匮乏，使得其价格高昂，阻碍了PEM电解水的发展，因此降低其在膜电极中的使用量成为当务之急。目前，降低膜电极中铱和钌使用量普遍采用非贵金属掺杂的贵金属催化剂，然而粉末状非贵金属催化剂制备得到的传统喷涂电极微观结构呈无序状，催化剂与粘结剂团聚严重，影响催化活性位的暴露、气液传输通道的构建；同时，粘结剂的引入会造成膜电极电子、质子传输性能下降。将膜电极催化层结构有序化可以实现气液传输通道的均匀分布，同时可以将催化剂更多暴露，提高贵金属的利用率，有效降低膜电极中贵金属的使用量。由于PEM水电解的为高电位、强析气、富氧环境，因此膜电极材料需要具有良好的化学稳定性，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极催化层，其特征在于，所述电极催化层包括载体和包覆在载体外的包覆层；所述载体为纳米棒结构；所述纳米棒的长度为0.1～10μm，直径为1～100nm；所述包覆层为贵金属纳米颗粒形成的层状结构；所述包覆层的厚度为1～100nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种电极催化层，其特征在于，所述电极催化层包括载体和包覆在载体外的包覆层；所述载体为纳米棒结构；所述纳米棒的长度为0.1～10μm，直径为1～100nm；所述包覆层为贵金属纳米颗粒形成的层状结构；所述包覆层的厚度为1～100nm。


2.根据权利要求1所述的电极催化层，其特征在于，所述载体为过渡金属氧化物或氮化物；所述贵金属为Ir，Ru，Pt中的至少一种；所述贵金属纳米颗粒的尺寸为1～5nm。


3.根据权利要求1所述的电极催化剂层，其特征在于，所述载体为WOx，MnOx，TiOx中的至少一种，x的范围为1～3。


4.一种权利要求1所述的电极催化层的制备方法，其特征在于：所述制备方法为首先采用水热法制备有序化载体，然后通过电沉积法在所述载体表面沉积贵金属，形成贵金属包覆层，得到所述电极催化剂层。


5.按照权利要求4所述的制备方法，其特征在于：
所述水热法制备有序化载体的过程包括以下步骤：
(1)制备载体前驱体溶液：将载体前驱体与双氧水混合后，加入去离子水，在50～95℃下搅拌5～30min，形成载体前驱体溶液；所述载体前驱体与双氧水的摩尔比为1:10～100；所述载体前驱体溶液中，载体前驱体的浓度为0.005～0.1molL-1；
(2)配制水热反应溶液：将硫脲、顺丁烯二酸、盐酸溶液、水、乙腈混合，于5～30℃搅拌10～30min后，加入所述载体前驱体溶液，继续搅拌10～100min，得到水热反应溶液；所述载体前驱体的浓度为1～100mM，所述硫脲与载体前驱体的摩尔比为1:1～10，所述顺丁烯二酸与载体前驱体的摩尔比为1:1～10，盐酸与载体前驱体的摩尔比为1:10～100倍，乙腈与水的体积比为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：俞红梅，姜广，姚德伟，范芷萱，邵志刚，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21