一种有序超薄催化层的制备方法及催化层和应用与流程

文档序号:11837648阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种有序超薄催化层的制备方法,其特征在于:包括有序电极结构的制备及超薄催化层的构建,制备方法如下:在碳纸上利用TiN阵列形成有序的电极结构,并将催化剂担载在有序载体的表面,形成超薄催化层。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:制备方法如下:在碳纸上先浸渍Ti的前驱体溶液并退火得到TiO2晶种,并通过水热法得到TiO2阵列,再经过NH3的刻蚀得到有序的TiN阵列,在此阵列上担载催化剂,形成有序结构的复合电极,构建了有序的超薄催化层。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于:具体包含以下步骤;

1)配制浓度为0.05M-0.2M的钛的前驱体水溶液,将碳纸用丙酮:乙醇:水的体积比为1:1:1的混合溶液清洗后,浸渍在上述钛的前驱体水溶液表面,浸渍10-30min,使得碳纸单面浸渍钛的前驱体水溶液,或将钛的前驱体溶液制备成溶胶再用旋涂仪旋涂在碳纸上,空气中加热到300-400℃退火10-20min,得到带有TiO2晶种的碳纸;或通过磁控溅射(PVD)或原子层沉积直接将TiO2晶种颗粒担载在碳纸上,得到带有TiO2晶种的碳纸;

2)在去离子水中加入等体积的质量分数为37%-38%的盐酸搅拌均匀后,加入钛的前驱体溶液,二者体积比为36:1,搅拌均匀,将步骤1)制备的带有TiO2晶种的碳纸放入上述溶液中,150℃-200℃反应5h-25h,得到带有TiO2阵列的碳纸;

3)将步骤2)得到的带有TiO2阵列的碳纸放于马弗炉中500-550℃焙烧1h-2h,在通入50-150ml/cm2氨气的条件下,800℃-1000℃焙烧1-6h,得到带有TiN阵列的碳纸;

4)在步骤3)制得的有序带有TiN阵列的碳纸的TiN阵列一侧表面担载催化剂。

4.按照权利要求3所述的制备方法,其特征在于:步骤4)所述催化剂担载方式采用电沉积、化学还原、热分解、蒸镀、磁控溅射或原子层沉积中的任意一种或二种以上;所担载的催化剂为金属Pt、Pd、Au、Ru、Nb、Ta、Ir、Ag、Fe、Co、Ni、Mn、Cr或Ti中的任意一种,或上述金属中的任意二种或三种以上的合金中的任意一种或二种以上。

5.如权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤(1)中所述钛的前驱体为硫酸氧钛、钛酸异丙酯、钛酸丁酯。

6.一种根据权利要求1-6任一所述制备方法制备的有序超薄催化层。

7.一种权利要求7所述的有序超薄催化层在制备燃料电池膜电极的阳极或阴极中的应用。

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