专利名称：燃料电池的聚(5-硝基吲哚)负载催化剂电极及其制备方法
技术领域：
本发明属于燃料电池中催化电极材料及其制备方法，特别涉及一种燃料电池的 聚(5-硝基吲哚)负载催化剂电极及其制备方法。
背景技术：
燃料电池作为一种新型的能源装置，具有能量效率高、工作温度低、无污染、 启动迅速等诸多优点，已引起科技界和产业界的高度重视。在燃料电池中通常使用的催 化剂为贵金属铂或铂的合金，例如PtRu、 PtRuW、 PtRuOsIr等。铂作为一种稀缺资 源，其价格十分昂贵，因此需要提高铂的利用率，降低铂的用量，以达到降低燃料电池 成本的目的。目前人们普遍采用碳黑作为催化剂载体。然而，所制备的Pt/C、 PtM/C中 的Pt的利用率不高， 一个重要原因是大量的铂或铂合金微粒进入到碳表面的微孔中，由 于被埋藏的这部分铂或铂合金不能作用，从而降低了铂的利用率。另外，铂或铂合金与 碳之间的结合度不高，且碳载体易被氧化腐蚀，从而导致催化剂的流失。
导电聚合物载体可以避免以上缺点，其制备方法也极为简单。与传统碳黑载体 相比，导电聚合物具有良好的导电性能、良好的抗腐蚀性能和高结构稳定性能，其作为 载体可以提高催化剂颗粒的分散度。另一方面，催化剂颗粒在导电聚合物上的结合力增 大，从而阻止催化剂微粒的团聚和流失现象，从而大大地提高了催化剂的利用率。然 而，传统的导电聚合物在碱性溶液中结构易发生降解或电化学活性失活，其作为催化剂 载体只能限制在酸性溶液中。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有好的热稳定性及导电率，在基质材料上有强的附 着力，催化剂分散度高和电极的耐久性强，且在酸性或碱性溶液中均具有良好的电化学 和化学稳定性能的燃料电池的聚(5-硝基吲哚)负载催化剂电极及其制备方法。
本发明的燃料电池的聚(5-硝基吲哚)负载催化剂电极，包括一层基质材料和一 层催化剂层，基质材料由铜、铁、镍、碳材料中的任意一种组成，基质材料上面为催化 剂层，该层由催化剂铂、铑、钯、锇、铱、钌、金、银贵金属中的一种或两种或三种和 载体聚(5-硝基吲哚)组成。 本发明的聚(5-硝基吲哚)负载催化剂电极及其制备方法，包括以下步骤
1、电化学溶液配制 将5-硝基喷哚溶于三氟化硼乙醚及其乙醚混合溶液中，配制出摩尔浓度为10
50mmol/L的电化学溶液； 2、 5-硝基喷哚的电聚合 将配制好的电化学溶液置入安装有基质材料为工作电极和铂作为对电极、Ag/ AgCl作为参比电极的电化学反应装置中，向溶液中通入氮气20分钟，以除去溶液中的溶解氧，采用循环伏安法或恒电位法或脉冲电位法，控制电位范围在0-1.5V(相对饱和甘 汞电极)之间，控制聚合电量范围在68-72mC/cm2，在基质材料上电沉积聚(5-硝基吲哚) 层； 3、催化剂的电沉积 将聚(5-硝基吲哚)修饰的基质材料置入l-5mmol/L金属盐的水溶液中，在惰性 气体保护下进行，利用循环伏安法(-0.5-0.2V，相对饱和甘汞电极)或恒电位法(-0.2V，相 对饱和甘汞电极)电沉积催化剂，控制沉积电量在0.23-0.28mC/cm2，从而制得聚(5-硝基 吲哚)负载催化剂电极。 本发明的燃料电池的聚(5-硝基吲哚)负载催化剂电极，采用导电聚(5-硝基吲 哚)作为催化剂载体，具有良好的热稳定性、高的导电率和在基质材料上强的附着力，其 在酸性或碱性溶液中均具有良好的电化学和化学稳定性能，所述制备方法制得的催化剂 电极可以提高催化剂的分散度和提高电极的耐久性，从而提高贵金属催化剂的利用率。
图1为聚(5-硝基吲哚XPNI)在lmol/L KOH溶液中的循环伏安图； 图2为聚(5-硝基吲哚)负载铂电极(Pt/PNI)和Pt/C电极在lmol/L KOH溶液中
的循环伏安图； 图3为聚(5-硝基喷哚)负载铂电极(Pt/PNI)和Pt/C电极在lmol/L甲醇+lmol/L KOH溶液中的循环伏安图。
具体实施例方式—种燃料电池的聚(5-硝基吲哚)负载催化剂电极制备方法，包括以下步骤
1、电化学溶液配制 将5-硝基吲哚溶于三氟化硼乙醚及其乙醚混合溶液中，配制出摩尔浓度为
50mmol/L的电化学溶液； 2、 5-硝基喷哚的电聚合 将配制好的50mmol/L的5-硝基吲哚溶液置入安装有基质材料碳为工作电极和铂 作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极的电化学反应装置中，向溶液中通入氮气20分钟， 以除去溶液中的溶解氧，采用恒电位方法，控制电位范围在1.3V(相对饱和甘汞电极)， 控制聚合电量范围在70mC/cm2，在碳基质材料上电沉积聚合物；
3、催化剂铂的电沉积 将聚(5-硝基吲哚)膜修饰的碳基质材料置入3mmol/L H2PtCl6+0.1M KC1的水溶 液中，在氮气的保护下，利用恒电位法(-0.2V，相对饱和甘汞电极)电沉积铂，控制沉积 电量在0.25mC/cm2，制得聚(5-硝基吲哚)负载催化剂铂电极，铂催化剂载量为0.12mg/ cm20
权利要求
一种燃料电池的聚(5-硝基吲哚)负载催化剂电极，包括一层基质材料和一层催化剂层，其特征在于基质材料由铜、铁、镍、碳材料中的任意一种组成，基质材料上面为催化剂层，该层由催化剂铂、铑、钯、锇、铱、钌、金、银贵金属中的一种或两种或三种和载体聚(5-硝基吲哚)组成。将单体。
2. 如权利要求1所述的燃料电池的聚(5-硝基吲哚)负载催化剂电极的制备方法，其特征在于它包括以下步骤(1) 、电化学溶液配将5-硝基吲哚溶于三氟化硼乙醚及其乙醚混合溶液中，配制出摩尔浓度为10 50mmol/L的电化学溶液；(2) 、 5-硝基吲哚的电聚合将配制好的电化学溶液置入安装有基质材料为工作电极和铂作为对电极、Ag/AgCl 作为参比电极的电化学反应装置中，向溶液中通入氮气20分钟，采用循环伏安法或恒电 位法或脉冲电位法，控制电位范围在0-1.5V(相对饱和甘汞电极)之间，控制聚合电量范 围在68-72mC/cm2，在基质材料上电沉积聚(5-硝基喷哚)层；(3) 、催化剂的电沉积将聚(5-硝基吲哚)修饰的基质材料置入l-5mmol/L金属盐的水溶液中，在惰性气体 保护下进行，利用循环伏安法(-0.5-0.2V，相对饱和甘汞电极)或恒电位法(-0.2V，相对饱 和甘汞电极)电沉积催化剂，控制沉积电量在0.23-0.28mC/cm2，制得聚(5-硝基吲哚)负 载催化剂电极。
全文摘要
一种燃料电池的聚(5-硝基吲哚)负载催化剂电极，包括一层基质材料和一层催化剂层，基质材料由铜、铁、镍、碳材料中的任意一种组成，基质材料上面为催化剂层，该层由催化剂铂、铑、钯、锇、铱、钌、金、银贵金属中的一种或两种或三种和载体聚(5-硝基吲哚)组成，其制备方法包括电化学溶液配制、5-硝基吲哚的电聚合、催化剂的电沉积。本发明的燃料电池的聚(5-硝基吲哚)负载催化剂电极，采用导电聚(5-硝基吲哚)作为催化剂载体，具有良好的热稳定性、高的导电率和在基质材料上强的附着力，其在酸性或碱性溶液中均具有良好的电化学和化学稳定性能，所述制备方法制得的催化剂电极可以提高催化剂的分散度和提高电极的耐久性，从而提高贵金属催化剂的利用率。
文档编号H01M4/88GK101692494SQ200910186210
公开日2010年4月7日 申请日期2009年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者卢宝阳, 周卫强, 徐景坤, 李玉真, 杜玉扣, 杨平 申请人:江西科技师范学院