本發(fā)明涉及一種制備方法，具體涉及高效穩(wěn)定的燃料電池催化劑材料制備方法。
背景技術(shù)：
燃料電池是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。燃料和空氣分別送進燃料電池，電就被奇妙地生產(chǎn)出來。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”。但是，它需要電極和電解質(zhì)以及氧化還原反應(yīng)才能發(fā)電。隨著能源短缺、環(huán)境污染等問題的加劇，以及儲氫材料和電催化劑開發(fā)方面的重大突破，未來電動汽車極有可能大規(guī)模投入使用。燃料電池以其零污染、高轉(zhuǎn)化率等優(yōu)勢逐步成為電動汽車的主要動力來源。
pt以納米級顆粒的形式高分散在碳載體上，由于pt與碳載體之間的電子結(jié)構(gòu)差異性較大，只依靠弱相互作用黏附在一起，pt納米粒子很容易在載體表面遷移、團聚長大，致使催化劑表面積減小，活性降低。此外，高比表面的碳在燃料電池工作環(huán)境下，尤其是空氣正極，容易腐蝕，進而導(dǎo)致催化劑的流失。因此，提高燃料電池催化劑的穩(wěn)定性和催化劑利用率具有重要意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是pt以納米級顆粒的形式高分散在碳載體上，由于pt與碳載體之間的電子結(jié)構(gòu)差異性較大，只依靠弱相互作用黏附在一起，pt納米粒子很容易在載體表面遷移、團聚長大，致使催化劑表面積減小，活性降低。此外，高比表面的碳在燃料電池工作環(huán)境下，尤其是空氣正極，容易腐蝕，進而導(dǎo)致催化劑的流失，目的在于提供高效穩(wěn)定的燃料電池催化劑材料制備方法，通過濺射方法沉積鉑，提高了鉑金屬在載體上的附著力，電池循環(huán)壽命與市售催化劑相比大大提高，通過氮摻雜pt/c催化劑得到的復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和較高的催化活性，可應(yīng)用于以質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)的燃料電池，如氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池等的氣體電極。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：
高效穩(wěn)定的燃料電池催化劑材料制備方法，包括如下步驟，1)將碳基材與高錳酸鉀在水中進行氧化還原反應(yīng)，得到碳基催化劑載體；2)取碳粉和氯鉑酸加入到乙二醇溶液中，超聲波條件下振蕩均勻，然后在氮氣或氬氣氣氛保護下，于160℃下攪拌回流3小時后冷卻至室溫，將產(chǎn)物離心洗滌、烘干、研磨后得到pt/c催化劑；3)將pt/c催化劑置于管式爐中，在氮氣或氬氣保護下于600～1000℃，保持0.5～2小時，待產(chǎn)物冷卻后，將產(chǎn)物在0.01～2mol/l的硫酸水溶液中60℃～90℃條件下攪拌2～8小時，將產(chǎn)物離心洗滌、烘干、研磨后得到氮摻雜碳層修飾的pt/c催化劑；4)制備帶有膠粘層的四合一離型基膜，在離型基膜的兩個側(cè)面分別涂覆一層硅油離型層，然后在其中一個硅油離型層表面再涂覆一層膠粘層；5)利用精密靜電噴粉機將步驟1)中制備的碳基催化劑載體噴在步驟4)中制備的離型膜帶有膠粘層的一側(cè)，形成碳基催化劑載體層；6)通過真空磁控濺射技術(shù)將氮摻雜碳層修飾的pt/c催化劑濺射到碳基催化劑載體層上，得到催化劑載體膜；7)利用剝離機將步驟6)中得到催化劑載體膜從離型基膜上剝離，超聲清洗后于120℃下進行真空干燥。
本發(fā)明的催化劑制備方法，通過濺射方法沉積鉑，提高了鉑金屬在載體上的附著力，電池循環(huán)壽命與市售催化劑相比大大提高，通過氮摻雜pt/c催化劑得到的復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和較高的催化活性，可應(yīng)用于以質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)的燃料電池，如氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池等的氣體電極。其中，氮摻雜pt/c催化劑，利用較低的碳化溫度就可以制備出pt/c催化劑，節(jié)省了能源。
步驟3)中氮氣或氬氣的流速為50～500毫升/分鐘。
步驟2)中碳粉和氯鉑酸的質(zhì)量比為1:1。
所述碳基材為活性炭、碳納米管和石墨烯中的一種或多種。
所述的離型基膜的制作材料選自pet、pvc、pc、pen、pa和pi中的任意一種。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：
1、本發(fā)明高效穩(wěn)定的燃料電池催化劑材料制備方法，通過濺射方法沉積鉑，提高了鉑金屬在載體上的附著力，電池循環(huán)壽命與市售催化劑相比大大提高；
2、本發(fā)明高效穩(wěn)定的燃料電池催化劑材料制備方法，通過氮摻雜pt/c催化劑得到的復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和較高的催化活性，可應(yīng)用于以質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)的燃料電池，如氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池等的氣體電極；
3、本發(fā)明高效穩(wěn)定的燃料電池催化劑材料制備方法，摻雜pt/c催化劑，利用較低的碳化溫度就可以制備出pt/c催化劑，節(jié)省了能源。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。
實施例
本發(fā)明高效穩(wěn)定的燃料電池催化劑材料制備方法，包括如下步驟，1)將碳基材與高錳酸鉀在水中進行氧化還原反應(yīng)，得到碳基催化劑載體；2)取碳粉和氯鉑酸加入到乙二醇溶液中，超聲波條件下振蕩均勻，然后在氮氣或氬氣氣氛保護下，于160℃下攪拌回流3小時后冷卻至室溫，將產(chǎn)物離心洗滌、烘干、研磨后得到pt/c催化劑；3)將pt/c催化劑置于管式爐中，在氮氣或氬氣保護下于600～1000℃，保持0.5～2小時，待產(chǎn)物冷卻后，將產(chǎn)物在0.01～2mol/l的硫酸水溶液中60℃～90℃條件下攪拌2～8小時，將產(chǎn)物離心洗滌、烘干、研磨后得到氮摻雜碳層修飾的pt/c催化劑；4)制備帶有膠粘層的四合一離型基膜，在離型基膜的兩個側(cè)面分別涂覆一層硅油離型層，然后在其中一個硅油離型層表面再涂覆一層膠粘層；5)利用精密靜電噴粉機將步驟1)中制備的碳基催化劑載體噴在步驟4)中制備的離型膜帶有膠粘層的一側(cè)，形成碳基催化劑載體層；6)通過真空磁控濺射技術(shù)將氮摻雜碳層修飾的pt/c催化劑濺射到碳基催化劑載體層上，得到催化劑載體膜；7)利用剝離機將步驟6)中得到催化劑載體膜從離型基膜上剝離，超聲清洗后于120℃下進行真空干燥。
本發(fā)明的催化劑制備方法，通過濺射方法沉積鉑，提高了鉑金屬在載體上的附著力，電池循環(huán)壽命與市售催化劑相比大大提高，通過氮摻雜pt/c催化劑得到的復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和較高的催化活性，可應(yīng)用于以質(zhì)子交換膜為電解質(zhì)的燃料電池，如氫氧質(zhì)子交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池等的氣體電極。其中，氮摻雜pt/c催化劑，利用較低的碳化溫度就可以制備出pt/c催化劑，節(jié)省了能源。
優(yōu)選的，步驟3)中氮氣或氬氣的流速為50～500毫升/分鐘。
優(yōu)選的，步驟2)中碳粉和氯鉑酸的質(zhì)量比為1:1。
優(yōu)選的，所述碳基材為活性炭、碳納米管和石墨烯中的一種或多種。
優(yōu)選的，所述的離型基膜的制作材料選自pet、pvc、pc、pen、pa和pi中的任意一種。
以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。