一种SPE水电解用超薄膜电极的结构及其制备和应用的制作方法

文档序号:13683704阅读:来源:国知局
技术特征:
1.一种SPE水电解用超薄膜电极的结构,其特征在于:离子交换膜的一侧或二侧表面热压有作为支撑层的纳米多孔金薄膜,再在支撑层内表面上沉积催化剂形成催化剂层,即为超薄膜电极。2.按照权利要求1所述的结构,其特征在于:作为支撑层的纳米多孔金薄膜具有三维联通孔结构,特征孔径在2nm-500nm,孔隙率为20%-70%,膜厚度在100nm-1000nm;支撑层内表面上沉积催化剂的担载量为5μgcm-2~100μgcm-2,催化剂在纳米多孔金薄膜内表面呈岛状或者连续薄膜分布。3.一种权利要求1或2所述结构的制备方法,其特征在于:作为支撑层的纳米多孔金薄膜预先热压于离子交换膜上,再在支撑层上沉积催化剂,最后对电极进行净化处理,得到超薄膜电极。4.按照权利要求3所述的制备方法,其特征在于:所述的纳米多孔金薄膜热压至离子交换膜表面的方法,包括以下步骤:1)配制酸刻蚀溶液;酸刻蚀溶液是浓度5.4-15.8mol/L的硝酸或者1-10mol/L的高氯酸;2)将金箔浸入上述酸刻蚀溶液中,反应得到纳米多孔金薄膜;酸刻蚀的时间为5min-24h,刻蚀温度为10℃-80℃;3)将纳米多孔金薄膜从酸刻蚀溶液中转移至去离子水中清洗,去除薄膜表面残留的酸,再移至基底上;4)采用热压法将纳米多孔金薄膜从基底表面转印至离子交换膜表面,移除基底,清洗薄膜;热压时施加的压力大小为0.1~10MPa,时间为0.5~30min,温度为50~200℃。5.按照权利要求4所述的制备方法,其特征在于:步骤3)中,所用的基底为云母片、玻璃片、不锈钢片、铜片、钛片或铝片等具有亲水性和一定机械强度的材料;步骤4)中,所用的离子交换膜包括Nafion质子交换膜和A201等碱性阴离子交换膜。6.按照权利要求4所述的制备方法,其特征在于:步骤4)中,作为支撑层的纳米多孔金薄膜具有三维联通孔结构,特征孔径在2nm-500nm,孔隙率为20%-70%,膜厚度在100nm-1000nm。7.按照权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述的催化剂担载的方法可以是电化学还原法或者化学还原法;所述的电化学还原法,包含以下步骤:1)构建三电极体系,以贴合有纳米多孔金薄膜的薄膜作为工作电极;2)电解液为含有贵金属盐的0.1-3.0MH2SO4;电解液中贵金属盐为0.1mM-10mMIrCl62-、0.1mM-10mMPtCl62-、0.1mM-10mMIr3+、0.1mM-10mMPd2+及一种或者二种以上;3)对纳米多孔金施加还原电势或者还原电流;电化学还原方法包括:循环伏安电沉积、脉冲电沉积、恒电量电沉积或恒电压电沉积;直至担载了所需载量的催化剂;所述的化学还原法,包含以下步骤:1)将纳米多孔金薄膜的薄膜浸渍于含有贵金属盐的水溶液中1s-3min;所用水溶液中的贵金属盐为0.1mM-10mMIrCl62-、0.1mM-10mMPtCl62-、0.1mM-10mMIr3+、0.1mM-10mMPd2+中的一种溶液或者二种以上混合溶液;2)将经过步骤1)处理的薄膜置于去离子水中清洗;3)将经过步骤2)处理的薄膜置于还原剂的水溶液中;还原剂为1mM-1M的NaBH4水溶液或1mM-1M的抗坏血酸水溶液;时间1s-5min;4)重复1)~3)直至担载了所需载量的催化剂。8.按照权利要求7所述的制备方法,其特征在于:制备的催化剂在纳米多孔金表面呈岛状或者连续薄膜分布;制备的催化剂为Pt、Pd、Ru、Rh、Ir、Au、Ag、Ni、Co、Cu或Fe中的一种或两种以上合金。9.按照权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述的电极净化方法,包括以下步骤:1)将制备的电极在80℃的3%H2O2溶液中煮40min;2)将经过步骤1)处理的电极在80℃的0.5MH2SO4中煮40min;3)将经过步骤2)处理的电极在80℃的去离子水中煮30min,晾干备用。10.一种权利要求1或2所述结构的应用,其特征在于:所述的电极可用于水电解池、可再生燃料电池或其它电化学反应器中。
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