本发明专利技术公开了一种在质子交换膜Nafion表面沉积Pt纳米粒子的新方法，该方法是通过用自制的U型液相反应器在Nafion膜表面负载铂，使其负载粒子小且分布均匀。使用NaBH4为还原剂，用H2PtCI6·6H2O作为铂源。利用KOH调节反应环境pH=11值时，然后向其中加入还原剂NaBH4溶液，与铂源交替放入。通过本发明专利技术在Nafion膜表面负载铂，增大电解质与催化剂的有效接触面积，促进电化学反应过程中质子和电子传递，以提高催化剂的活性，降低铂用量；控制铂纳米粒子在Nafion膜表面沉积，使其分布均匀，不发生团聚，延长使用寿命，降低成本，节约能源，保护环境。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学
，具体涉及一种在质子交换膜Nafion表面沉积Pt纳米粒子的新方法。
技术介绍
在质子交换膜燃料电池(PEMFC)作为一种新型的发电技术，在解决环境污染，实现能源利用高效和多元化等方面具有诱人的前景，欧美和日本等发达国家，以及中国、印度等发展中国家均对其开展了卓有成效的研究，相关技术已经接近商业应用。为了提高PEMFC寿命，必须分析各个组件失效机理，以确立相应的减缓策略。在过去的十几年里，人们集中研究了 PEMFC的衰减问题，普遍认为影响耐久性的因素主要是电解质膜减薄、钼聚集和炭载体腐蚀弓I起的催化剂性能衰减。现有技术中，对质子交换膜燃料电池钼催化剂的制备主要有以下的方法专利号为ZL 01126184. 6的专利，公开了一种质子交换膜燃料电池用纳米钼催化剂的制备方法。是将粉末状活性炭加入氯钼酸溶液，使钼与碳的质量比为I :0.02-1 10,氯钼酸溶液的浓度范围为O. 001-0. lmol/L,加入微量表面活性剂或微量参杂组分，充分搅拌；再加入过量甲醛还原；加入表面活性剂是软脂酸、硬脂酸、硅油之一种，加入量为每100毫升氯钼酸溶液中加入O. I微升-10微升；加入的微量掺杂组分是金属元素Pd、Ni、Ir、Ru的氯化物之一种，加入量为使质量比X :Pt=0. 001 1-0. 03 1 ;控制反应过程中的pH值为7-9，反应温度为40-80°C，反应时间8-30小时；反应完全后，将产物过滤、洗涤、真空干燥。专利号为ZL 200510049593. I的专利，本专利技术公开了一种在碳载体表面负载钼金 属纳米粒子的制备方法。它是将碳载体均匀分散在含有钼金属盐和醋酸盐的液体多元醇中，然后将该混合物加热到160-180°C，并在不断的搅拌下回流2-3小时。每升液体多元醇中含有I. 2-15克碳载体，含金属盐为O. 01-0. 04摩尔，含醋酸盐0-0. 01摩尔。钼金属纳米粒子在碳载体上的负载量为2%-40%。专利号为ZL 03131076. I的专利，本专利技术公开了一种聚合物电解质膜燃料电池钼/炭电催化剂的制备方法，是将活性炭加入到去离子水与有机溶剂的混合溶剂中，其中活性炭含量为O. 1-5. Og/L,去离子水与有机溶剂的体积比例为I : O. 2-5 ;滴加钼卤化物水溶液，搅拌并加热至40-80°C，保持温度1-5小时，配制成钼含量为O. 1-1. Og/L的混合溶液；混合溶液在80-200°C下真空或者氩气或者氮气保护下烘干；烘干得到的物质在氩气或者氮气气氛下采用程序升温方法进行焙烧在300-400°C下恒温焙烧1-4小时；在450-560°C下恒温焙烧2-4小时；在630-750°C下恒温焙烧3_6小时；收集焙烧后的固体物质，去离子水过滤洗涤；80-10(TC下真空干燥。综合以上制备方法，催化剂采用的是炭负载钼。虽然催化剂颗粒细小，比表面积大，活性高，但是，伴随着水的流动和使用时间的延长，炭载体的电化学氧化和钼纳米颗粒的聚集，钼纳米颗粒开始从炭载体上流失，使这种结构催化剂缺乏足够的耐久性，并且它们不同程度地存在制备工艺复杂及条件较为苛刻。传统浸泡沉积法中应用的普通烧杯类的玻璃仪器存在很多问题。由于催化剂Pt单质的还原过程容易团聚，在重力的作用下沉降到一个水平平面更加明显，分布不均匀，减少了电解质与催化剂的有效接触面积，提高了钼用量，增加了成本，浪费能源。
技术实现思路
本专利技术的本专利技术的目的是建立一种工艺简单、成本低廉的质子交换膜表面沉积Pt纳米粒子的新方法，通过用特制的U型液相反应器在Nafion膜表面负载钼；由此方法制备的钼催化剂颗粒小，分散性能良好，具有较高的比表面积。本专利技术是通过以下技术方案予以实现的 质子交换膜表面沉积Pt纳米粒子的新方法是一种U型液相反应器，是由L形的玻璃瓶I和L形的玻璃瓶II组成，所述玻璃瓶I下方的左侧设有连接口 I，连接口 I的外壁套有聚四氟塑料固定板I，连接口 I的外壁与聚四氟塑料固定板I之间还设有生料带I ;所述玻璃瓶II下方的右侧设有连接口 II，连接口 II的外壁套有聚四氟塑料固定板II，连接口 II的外壁与聚四氟塑料固定板II之间还设有生料带II，玻璃瓶II下方的左侧设有出水口，出水口处还塞有胶皮塞；聚四氟塑料固定板I和聚四氟塑料固定板II通过螺丝固定在一起，在聚四氟塑料固定板I和聚四氟塑料固定板II之间设有增加密闭性的胶皮圈I和胶皮圈II，在胶皮圈I和胶皮圈II之间还设有nafion膜；a、使用前将nafion膜裁剪成合适的尺寸，然后按照以下处理步骤对其进行预处理①将nafion膜放在3°/Γ5%的H2O2溶液中，在80°C恒温处理60min以除去膜材料中的有机杂质；②将取出的nafion膜用离子水冲洗干净后，再放入去离子水中，在80°C水浴处理IOmin ；③将nafion膜放入0. 5mol/L H2SO4溶液中，在80°C水浴处理Ih ；④将nafion膜放入去离子水中在80°C水浴处理Ih ；⑤将处理好的Nafion膜置于去离子水中，在冰箱中2_6°C保存备用，所得处理后的nafion膜为无色透明膜；b、在25°C下，将预处理之后的Nafion膜放入到U型液相反应器中，玻璃瓶II中放Al. 8-2mmol/I^^H2PtCI6溶液，用 KOH 调节H2PtCI6溶液的pH至 11，玻璃瓶 I 放入 0. Olmol/L的K2SO4溶液，用H2SO4调节K2SO4溶液的pH至2，玻璃瓶I和玻璃瓶II中的液面高度处于同一水平面上且高于Nafion膜，恒温2 6°C放置2_3h ；C、反应2小时后，通过出水口将玻璃瓶II中的溶液放出，然后将lmol/L的NaBH4溶液倒入玻璃瓶II至与玻璃瓶I的液面高度一致，之后每隔20min，从玻璃瓶II的出水口放出20ml溶液，然后再加入lmol/L的NaBH4溶液20mL，搅拌并除去在nafion膜表面形成的气泡，还原过程需要在25°C进行l_3h ；所述lmol/L的NaBH4溶液在使用前要在25 35°C恒温处理至少I小时；d、反应结束后，将nafion膜取出，用去离子水冲洗，在35°C的电热恒温鼓风干燥箱中烘干。本专利技术方法得到nafion膜负载钼纳米颗粒，做扫描电子显微镜(SEM)观察可见粒子分布均匀。本专利技术的有益效果是Nafion膜表面负载钼，增大电解质与催化剂的有效接触面积，促进电化学反应过程中质子和电子传递，以提高催化剂的活性，降低钼用量；控制钼纳米粒子在Nafion膜表面沉积，使其分布均匀，不发生团聚，延长使用寿命，降低成本，节约能源，保护环境。附图说明本专利技术附图6幅，其中图I是本专利技术方法中U型液相反应器的结构示意图；图2是U型液相反应器中聚四氟塑料固定板I 8. I的截面图；图3是实施例2的pH值为11的nafion膜表面的20000倍扫描电镜图片； 图4是实施例2的pH值为11的nafion膜表面的能量分散谱分析(energydisperse spectroscope)；图5为传统方法Pt单质颗粒团聚的扫描电镜图片；图6为传统方法Pt单质颗粒团聚的扫描电镜图片；图中I、玻璃瓶I，2、玻璃瓶II，3. I、胶皮圈I，3. 2、胶皮圈II，4. I、生料带I，4.2生料带II，5、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在质子交换膜Nafion表面沉积Pt纳米粒子的新方法,其特征是：一种U型液相反应器，是由L形的玻璃瓶Ⅰ（1）和L形的玻璃瓶Ⅱ（2）组成，所述玻璃瓶Ⅰ（1）下方的左侧设有连接口Ⅰ（11），连接口Ⅰ（11）的外壁套有聚四氟塑料固定板Ⅰ（8.1），连接口Ⅰ（11）的外壁与聚四氟塑料固定板Ⅰ（8.1）之间还设有生料带Ⅰ（4.1）；所述玻璃瓶Ⅱ（2）下方的右侧设有连接口Ⅱ（10），连接口Ⅱ（10）的外壁套有聚四氟塑料固定板Ⅱ（8.2），连接口Ⅱ（10）的外壁与聚四氟塑料固定板Ⅱ（8.1）之间还设有生料带Ⅱ（4.2），玻璃瓶Ⅱ（2）下方的左侧设有出水口（9），出水口（9）处还塞有胶皮塞（7）；聚四氟塑料固定板Ⅰ（8.1）和聚四氟塑料固定板Ⅱ（8.2）通过螺丝（5）固定在一起，在聚四氟塑料固定板Ⅰ（8.1）和聚四氟塑料固定板Ⅱ（8.2）之间设有增加密闭性的胶皮圈Ⅰ（3.1）和胶皮圈Ⅱ（3.2），在胶皮圈Ⅰ（3.1）和胶皮圈Ⅱ（3.2）之间还设有nafion膜（6）；a、nafion膜（6）的预处理：①将nafion膜（6）放在3%~5%的H2O2溶液中，在80℃恒温处理60min；②将取出的nafion膜（6）用离子水冲洗干净后，再放入去离子水中，在80℃水浴处理10min；③将nafion膜（6）放入0.5mol/L？H2SO4溶液中，在80℃水浴处理1h；④将nafion膜（6）放入去离子水中在80℃水浴处理1h；⑤将处理好的Nafion膜（6）置于去离子水中，在冰箱中2？6℃保存备用；b、在25℃下，将预处理之后的Nafion膜（6）放入到U型液相反应器中，玻璃瓶Ⅱ（2）中放入1.8？2mmol/L的H2PtCI6溶液，用KOH调节H2PtCI6溶液的pH至11，玻璃瓶Ⅰ（1）放入0.01mol/L的K2SO4溶液，用H2SO4调节K2SO4溶液的pH至2，玻璃瓶Ⅰ（1）和玻璃瓶Ⅱ（2）中的液面高度处于同一水平面上且高于Nafion膜（6），恒温2~6℃放置2？3h；c、反应2小时后，通过出水口（9）将玻璃瓶Ⅱ（2）中的溶液放出，然后将1mol/L的NaBH4溶液倒入玻璃瓶Ⅱ（2）至与玻璃瓶Ⅰ（1）的液面高度一致，之后每隔20min，从玻璃瓶Ⅱ（2）的出水口（9）放出20ml溶液，然后再加入1mol/L的NaBH4溶液20mL，搅拌并除去在nafion膜（6）表面形成的气泡，还原过程需要在25℃进行1？3h；所述1mol/L的NaBH4溶液在使用前要在25～35℃恒温处理至少1小时；d、反应结束后，将nafion膜（6）取出，用去离子水冲洗，在35℃的电热恒温鼓风干燥箱中烘干。...
【技术特征摘要】
1.一种在质子交换膜Nafion表面沉积Pt纳米粒子的新方法，其特征是 一种U型液相反应器，是由L形的玻璃瓶I (I)和L形的玻璃瓶II (2)组成，所述玻璃瓶I (I)下方的左侧设有连接口 I (11)，连接口 I (11)的外壁套有聚四氟塑料固定板I (8.1)，连接口 I (11)的外壁与聚四氟塑料固定板I (8. I)之间还设有生料带I (4.1);所述玻璃瓶II (2)下方的右侧设有连接口 II (10)，连接口 II (10)的外壁套有聚四氟塑料固定板II (8. 2)，连接口 II (10)的外壁与聚四氟塑料固定板II (8. I)之间还设有生料带II(4. 2)，玻璃瓶II (2)下方的左侧设有出水口(9)，出水口(9)处还塞有胶皮塞(7);聚四氟塑料固定板I (8. I)和聚四氟塑料固定板II (8. 2)通过螺丝(5)固定在一起，在聚四氟塑料固定板I (8. I)和聚四氟塑料固定板II (8. 2)之间设有增加密闭性的胶皮圈I (3. I)和胶皮HII (3. 2)，在胶皮圈I (3. I)和胶皮圈11(3.2)之间还设有1^打011膜(6)； a、nafion膜(6)的预处理 ①将nafion膜(6)放在3% 5%的H2O2溶液中，在80°C恒温处理60min； ②将取出的nafion膜(6)用离子水冲洗干净后，再放入去离子水中，在80°C水浴处理IOmin...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵红，赵月，丁敏，徐洪峰，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：
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