一种铂网担载氧化铂电极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种销网担载氧化销电极材料及其制备方法，属于电催化领域。
【背景技术】
[0002] 原电池因具有高能效、低排放等优点，被认为是21世纪为能源经济可持续发展提 供有力支持的发电技术。而性能良好的电极至关重要，它决定着大电流密度放电时的电池 性能、运行寿命及成本。所W，电极性能的好坏是关系到原电池进一步商业化的重要因素。
[0003] 原电池中电极可分为阴极电极和阳极电极，广泛研究和应用的原电池阳极电 极主要WPt作为活性组分。为了降低电极成本，一系列的Pt二元，=元催化剂的体系 也都得到了广泛的研究，目前，Pt-Ru/C催化剂是研究最为成熟、应用最广的阳极催化 剂[M. A. Raso, I. Carrillo, E. Mora, E. Navarro, M. A. Garcia, T. J. Leo. Electrochemical study ofplatinum deposited by electron beam evaporation for application as fuel cell electrodes [J]. international journal of hydrogen energy 2014, 39:5301-5308]。此外，Pt-Pd/C、Pt-W〇3/C、Pt-Mo/C和Pt-Sn/C也有很好的电催化性 貪良[Kadirgan, F. , A. Kannan, T. Atilan, et al. , Carbon supported nano-sized Pt-Pd and Pt_Co荀ectroc过taiysts for proton exchange membrane fuel cells [J]. Int. J. Hydrogen 化ergy，2009, 34(23) : 9450-9460]。Pt〇2是有机合成中氨化和氨解反应的催化剂，优良的吸 氨材料自身无催化活性，但遇氨离子后，可转变为有催化活性的销黑，利用该材料的该一特 性作为原电池的阳极活性组分，配合Pt阴极电极，在原电池中发生如下反应：
[0004]阴极；&一2H++2e
[0005]阳极；2H++2e-+Pt〇2-PtO+H 2〇
[0006] 因此，采用Pt化为阳极活性组分，有望提高阳极电极催化效率，降低成本。
[0007]目前，制备原电池电催化剂的方法可分为为化学法与物理法巧]。但是，为获得较 大的比表面积，目前催化剂都是纳米颗粒材料，该就使用电催化剂存在两个问题，从而影响 电极电催化活性；其一，纳米颗粒易团聚；其二，目前电催化剂的制备技术多采用化学法， 而化学法的可控性与重复性较差，不适合于大规模重复性生产。根据相关文献，目前制备纳 米催化剂的方法多为化学法，还未见采用销浆烧结法在Pt网上担载Pt〇2粉制备电极的相 关报道。而销浆烧结法具有制备过程简单、制成的Pt电极与敏感元件粘合性比较好，成本 较低，是商业用多孔Pt电极的主要制备方法。
[000引基于W上存在的问题，本发明人提出了一种纳米型多孔结构Pt化电极及其浆料烧 结的制备方法，该方法不仅简便、易操作，而且保证上述产品具备催化活性高、耐蚀性强、寿 命长等优点，为原电池催化剂改性方法及电极制备技术提供新的方向，推进原电池的商业 化进程。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于提供一种销网担载氧化销电极材料及其制备方法，所述Pt化电 极催化活性高、耐蚀性强、使用寿命长等优点，为原电池催化剂改性方法及电极制备技术提 供新的方向，本发明的另一目的在于提供一种获得上述销网担载氧化销电极材料的制备方 法。
[0010] 为实现第一目的，所述销网担载氧化销电极材料的结构包括基底销网（1)和Pt〇2 活性层（2)。所述基底销网（1)销网目数为60~80目，丝直径0. 09mm~0. 12mm，纯度 > 99. 9% ;Pt化活性层（2)中PtO2颗粒的粒径范围在300皿~2000皿，PtO2活性层厚度在 0. 01mm~0. 05mm之间，Pt含量> 80. 00%。
[0011] 本发明的另一目的是该样实现的，所述销网担载氧化销电极材料采用浆料烧结的 方法制备，具体制备方法包括如下步骤；
[001引 （1)基底销网的处理；W纯度>99. 9%，丝直径0.09臟~0. 12臟，目数为60~80 目的销网为基底，用丙酬和己醇交替超声清洗后，用离子束预瓣射清洗，离子束预瓣射清洗 中，本底真空优于10-中3,瓣射时惰性气体工作气压为lxl0-申a至4xl0-申a。
[001引 似氧化销浆料的制备：取粉末粒径范围在250nm~1500nm的Pt化粉末和导电高 分子有机载体，按Pt02浆料中Pt的固含量为70%~90%的比例混合，研磨制备得到Pt02 浆料，研磨时间l0-25min。
[0014] 做氧化销电极的组装：采用丝网印刷的方法将Pt〇2浆料附着于销网上，Pt〇2活 性层厚度在0. 01mm~0. 05mm之间，。
[0015] (4)电极的热处理；对担载Pt〇2浆料的销网进行热处理，热处理温度为400~ 550°C，热处理时间15~30min。
[0016] 本发明通过浆料烧结的方法，制备出了一种纳米型多孔结构Pt〇2电极。该方法不 仅简便、易操作，而且能保证Pt〇2电极具备催化活性高、耐蚀性强、寿命长等优点，为原电池 催化剂改性方法及电极制备技术提供新的方向，推进原电池的商业化进程。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明Pt化粉末的沈M图；
[001引图2为本发明担载Pt02浆料前后的销网的SEM图。
[0019] 图3为本发明Pt化电极不同温度热处理后的SEM图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不W任何方式对本发明加W限制，基 于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
[0021] 所述销网担载氧化销电极材料的结构包括基底销网（1)和Pt〇2活性层（2)。所述 基底销网（1)销网目数为60~80目，丝直径0.09mm~0. 12mm，纯度> 99. 9 % ;Pt〇2活性 层（2)中Pt〇2颗粒的粒径范围在300皿~2000皿，PtO2活性层厚度在0. 01mm~0. 05mm之 间，Pt含量 > 80. 00%。
[0022] 所述销网担载氧化销电极材料采用浆料烧结的方法制备，具体制备方法包括如下 步骤：
[002引 （1)基底销网的处理；W纯度>99. 9%，丝直径0.09臟~0. 12臟，目数为60~80 目的销网为基底，用丙酬和己醇交替超声清洗后，用离子束预瓣射清洗，离子束预瓣射清洗 中，本底真空优于l0-4Pa，瓣射时惰性气体工作气压为lxl0-申a至4xl0-申a。
[0024] 似氧化销浆料的制备：取粉末粒径范围在250nm~1500nm的Pt〇2粉末和导电高 分子有机载体，按Pt〇2浆料中Pt的固含量为70%~90%的比例混合，研磨制备得到Pt〇2 浆料，研磨时间l〇-25min。
[00巧]做氧化销电极的组装：采用丝网印刷的方法将Pt化浆料附着于销网上，Pt〇2活 性层厚度在0. 01mm~0. 05mm之间。；
[0026] (4)电极的热处理；对担载Pt〇2浆料的销网进行热处理，热处理温度为400~ 550°C，热处理时间15~30min。
[0027] 下面结合具体实施例对本发明中销网担载氧化销电极材料的制备方法进行具体 说明。
[00測实施例1
[0029] 本发明所述销网担载氧化销电极材料通过如下步骤制得：
[0030] (1)基底材料的处理；W纯度> 99. 9%，丝直径0.09mm，目数为80目的销网为基 底，用丙酬和己醇交替超声清洗后，用离子束预瓣射清洗，离子束预瓣射清洗中，本底真空 为6xl〇-中a,瓣射时惰性气体工作气压为2xl〇-2Pa。
[003U 似氧化销浆料的制备：取粉末粒径范围在250nm~1700nm的Pt02粉末和导电高 分子有机载体，按Pt02浆料中Pt的固含量为70%的比例混合，研磨制备得到PtO2浆料，研 磨时间25min。
[0032] (3)氧化销电极的组装：采用丝网印刷的方法将Pt化浆料附着于销网上；PtO2活 性层厚度在0. 02mm~0. 035mm之间。
[0033] (4)电极的热处理；对担载Pt〇2浆料的销网进行热处理，热处理温度为450°C，热 处理时间20min。
[0034] 实施例2
[003引与实施例1不同之处在于，（1)W纯度> 99. 9%，丝直径0. 11~0. 12mm，目数为 60~70目的销网为基底。（2)氧化销电极的组装中，Pt化活性层厚度在0. 025mm~0. 04mm 之间。（3)电极的热处理温度为550°C，热处理时间15min。
[0036] 比较例1
[0037] 与实施例1不同之处在于，（1)氧化销电极的组装中，Pt〇2活性层厚度在 0. 005mm~0. 01mm之间；0)电极的热处理温度为350°C，热处理时间30min。。
[003引通过沈M表征手段对使用上述方法制备的销网担载氧化销电极材料进行结构评 价；具体地，通过SEM分析销网担载氧化销涂层厚度，表面微观形貌，表面颗粒尺寸。
【主权项】
1. 一种铂网担载氧化铂电极材料，电极结构包括基底铂网（1)和Pto2活性层（2)，其 特征在于：所述基底铂网（1)目数为60~80目；PtO2活性层（2)中PtO2颗粒的粒径范围 在300nm~2000nm ;卩1:02活性层厚度在0? Olmm~0? 05mm之间。2. 根据权利要求1所述的铂网担载氧化铂电极材料，其特征在于：所述铂网担载氧化 钼电极材料的基底钼网（1)丝直径在〇. 〇9mm~0. 12mm之间。3. 根据权利要求1所述的铂网担载氧化铂电极材料，其特征在于：所述铂网担载氧化 铂电极材料的基底铂网（1)纯度彡99. 9%，PtO2活性层（2)中Pt含量彡80. 00%。4. 一种如权利要求1所述的铂网担载氧化铂电极材料的制备方法，其特征在于：所述 铂网担载氧化铂电极材料由浆料烧结的方法制备得到，具体制备步骤如下：首先对基底铂 网进行离子束溅射清洗；其次取亚微米的PtO2粉末和导电高分子有机载体，按比例混合、 研磨制备得到PtO2浆料；再次采用丝网印刷的方法将PtO2浆料附着于铂网上；最后对担载 PtO2浆料的铂网进行热处理。5. 根据权利要求4所述铂网担载氧化铂电极材料的制备方法，其特征在于：所述基底 铂网进行离子束溅射清洗，溅射时本底真空优于KT4Pa,惰性气体工作气压为IxKT2Pa~ 4xl(T2Pa，溅射时间 5-15min。6. 根据权利要求4所述铂网担载氧化铂电极材料的制备方法，其特征在于：所述亚微 米卩1:02粉末粒径范围在250nm~1700nm。7. 根据权利要求4所述铂网担载氧化铂电极材料的制备方法，其特征在于：所述PtO2 粉末和导电高分子有机载体，按PtO2浆料中Pt的固含量为70 %~90 %的比例混合，研磨 时间 10-25min。8. 根据权利要求4所述铂网担载氧化铂电极材料的制备方法，其特征在于：所述PtO2 浆料附着于铂网后，热处理温度为400~550°C，热处理时间15~30min。
【专利摘要】本发明公开了一种铂网担载氧化铂电极材料及其制备方法，所述铂网担载氧化铂电极材料的结构包括基底铂网(1)和PtO2活性层(2)。所述基底铂网(1)铂网目数为60～80目，丝直径0.09mm～0.12mm，纯度≥99.9％；PtO2活性层(2)中PtO2颗粒的粒径范围在300nm～2000nm，PtO2活性层厚度在0.01mm～0.05mm之间，Pt含量≥80.00％。具体制备步骤如下：首先对基底铂网进行离子束溅射清洗；其次取亚微米的PtO2粉末和导电高分子有机载体，按比例混合、研磨制备得到PtO2浆料；再次采用丝网印刷的方法将PtO2浆料附着于铂网上；最后对担载PtO2浆料的铂网进行热处理。本发明通的方法不仅简便、易操作，而且能保证PtO2电极具备催化活性高、耐蚀性强、寿命长等优点，为原电池催化剂改性方法及电极制备技术提供新的方向，推进原电池的商业化进程。
【IPC分类】H01M4/92, H01M4/88
【公开号】CN104900891
【申请号】CN201510229047
【发明人】张俊敏, 沈月, 王传军, 谭志龙, 毕珺, 易伟, 闻明, 管伟明, 宋修庆
【申请人】昆明贵金属研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月7日