抗质子交换膜老化的催化剂及其制备方法技术

本申请涉及一种抗质子交换膜老化的催化剂，所述抗质子交换膜老化的催化剂包括：Pt/C催化剂；离子聚合物；TEMPO类试剂，所述TEMPO类试剂为TEMPO或TEMPO衍生物中的至少一种试剂。本申请提供的抗质子交换膜老化的催化剂，通过在催化剂中加入TEMPO类试剂，该催化剂作为质子交换膜燃料电池催化层时，与质子交换膜直接接触，其中的TEMPO类试剂可以有效地与羟基自由基结合，减少羟基自由基对质子交换膜的破坏。坏。坏。

【技术实现步骤摘要】
抗质子交换膜老化的催化剂及其制备方法


[0001]本申请涉及燃料电池领域，尤其涉及质子交换膜燃料电池的催化剂。

技术介绍

[0002]作为未来氢能应用普及的关键一环，质子交换膜燃料电池由于其清洁、高效等优点，近年来取得了巨大的进步和发展。但是其较短的寿命严重限制了其大规模应用，因此电池寿命提高是增强质子交换膜燃料电池市场竞争力的必要条件。而质子交换膜在使用过程中，其结构中的
‑
COOH基团会因反应产生羟基自由基，羟基自由基可进攻质子交换膜导致其降解老化，严重影响电池寿命。因此，解决质子交换膜的老化问题成为科学家所研究的重要方向。
[0003]为减少质子交换膜在使用过程中的羟基自由基，目前本领域主要通过加入一些金属离子及其氧化物(如MnO2、CeO2等)作为自由基清除剂，但由于其溶解性差，这些自由基清除剂很难均匀分布且在水中，并且金属离子易与质子交换膜中的磺酸根结合，造成质子传导阻力，导致电池性能降低。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种抗质子交换膜老化的催化剂及其制备方法，以解决质子交换膜容易老化的技术问题。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种抗质子交换膜老化的催化剂，所述抗质子交换膜老化的催化剂包括：
[0006]Pt/C催化剂；
[0007]离子聚合物；
[0008]TEMPO类试剂，所述TEMPO类试剂为TEMPO或TEMPO衍生物中的至少一种试剂。
[0009]在本申请的一些实施例中，所述Pt/C催化剂中，Pt的质量分数为40％
‑
70％。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述TEMPO类试剂包括具有如下化学式通式的分子：
[0011][0012]其中R基团为
‑
H、
‑
OMe、
‑
OH、
‑
OCH2CH3中的一种。
[0013]在本申请的一些实施例中，所述离子聚合物为全氟磺酸类树脂。
[0014]第二方面，本申请实施例提供一种抗质子交换膜老化的催化剂的制备方法，所述抗质子交换膜老化的催化剂的制备方法用于制备第一方面任一实施例所述的抗质子交换膜老化的催化剂，所述抗质子交换膜老化的催化剂的制备方法包括如下步骤：
[0015]将所述Pt/C催化剂分散于溶剂中，形成第一混合液；
[0016]将所述TEMPO类试剂加入所述离子聚合物的溶液中，形成第二混合液；
[0017]将所述第一混合液与所述第二混合液混合，得到浆料；
[0018]将所述浆料涂覆到质子交换膜上，形成所述抗质子交换膜老化的催化剂。
[0019]在本申请的一些实施例中，所述离子聚合物与所述Pt/C中碳载体的重量比为0.5
‑
1：1。
[0020]在本申请的一些实施例中，以所述离子聚合物的重量百分比计，所述TEMPO类试剂的添加量为所述离子聚合物的0.1wt％
‑
0.5wt％。
[0021]在本申请的一些实施例中，所述将所述TEMPO类试剂加入离子聚合物的溶液中，包括如下步骤：
[0022]在预定温度下向离子聚合物的溶液中加入所述TEMPO类试剂，得到混合溶液；
[0023]将所述混合溶液超声处理后剪切分散得到所述第二混合液。
[0024]在本申请的一些实施例中，所述超声处理为探针超声处理，所述超声处理的功率为200
‑
300W；和/或，
[0025]所述涂覆通过超声波喷涂进行，所述超声波喷涂在70
‑
90℃下进行。
[0026]在本申请的一些实施例中，所述预定温度不高于5℃。
[0027]本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0028]本申请实施例提供的抗质子交换膜老化的催化剂，通过在催化剂中加入TEMPO类试剂，该催化剂作为质子交换膜燃料电池催化层时，与质子交换膜直接接触，其中的TEMPO类试剂可以有效地与羟基自由基结合，减少羟基自由基对质子交换膜的破坏。
附图说明
[0029]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0030]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本申请实施例1
‑
2、对比例得到的催化剂的极化曲线图。
具体实施方式
[0032]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0033]除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0034]除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0035]现有的质子交换膜存在容易受到羟基进攻、容易老化的技术问题。
[0036]本申请实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
[0037]第一方面，本申请实施例提供一种抗质子交换膜老化的催化剂，所述抗质子交换膜老化的催化剂包括：
[0038]Pt/C催化剂；
[0039]离子聚合物；
[0040]TEMPO类试剂，所述TEMPO类试剂为TEMPO或TEMPO衍生物中的至少一种试剂。
[0041]TEMPO(2,2,6,6
‑
四甲基哌啶氧化物)是一种拥有未配对电子的N,N
‑
二取代的N
‑
氧自由基，这种氮氧自由基通过不成对电子在氮氧之间的移动形成共振结构，从而可以以自由基形态稳定存在。TEMPO及其衍生物具有捕获自由基的功能，可以有效地与羟基自由基结合，减少羟基自由基对质子交换膜的破坏。
[0042]本申请通过在催化剂中加入TEMPO类试剂，该催化剂作为质子交换膜燃料电池催化层时，与质子交换膜直接接触，其中的TEMPO类试剂可以有效地与羟基自由基结合，减少羟基自由基对质子交换膜的破坏。
[0043]在本申请的一些实施例中，所述Pt/C催化剂中，Pt的质量分数为40％
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70％。
[0044]控制Pt/C的质量占比为40％
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70％能够增加金属铂在体系中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗质子交换膜老化的催化剂，其特征在于，本申请实施例提供一种抗质子交换膜老化的催化剂，所述抗质子交换膜老化的催化剂包括：Pt/C催化剂；离子聚合物；TEMPO类试剂，所述TEMPO类试剂为TEMPO或TEMPO衍生物中的至少一种试剂。2.根据权利要求1所述的抗质子交换膜老化的催化剂，其特征在于，所述Pt/C催化剂中，Pt的质量分数为40％
‑
70％。3.根据权利要求1所述的抗质子交换膜老化的催化剂，其特征在于，所述TEMPO类试剂包括具有如下化学式通式的分子：其中R基团为
‑
H、
‑
OMe、
‑
OH、
‑
OCH2CH3中的一种。4.根据权利要求1所述的抗质子交换膜老化的催化剂，其特征在于，所述离子聚合物为全氟磺酸类树脂。5.一种抗质子交换膜老化的催化剂的制备方法，其特征在于，所述抗质子交换膜老化的催化剂的制备方法用于制备权利要求1
‑
4中任意一项所述的抗质子交换膜老化的催化剂，所述抗质子交换膜老化的催化剂的制备方法包括如下步骤：将所述Pt/C催化剂分散于溶剂中，形成第一混合液；将所述TEMPO类试剂加入所述离子聚合物的溶液中，形成第二混合液；...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹天鹏，周江峰，高佳武，唐雪君，
申请(专利权)人：东风汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：