CN106450360A - 一种用于氢燃料电池的嵌有铂催化剂的碳纳米管柔性膜 - Google Patents

一种用于氢燃料电池的嵌有铂催化剂的碳纳米管柔性膜 Download PDF

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邱志文
蔡满园
陈珑
刘珍红
王杰
陈玮
李旭
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

一种用于氢燃料电池的嵌有铂催化剂的碳纳米管柔性膜，包括以下步骤：(1)将H2SO4与HNO3按体积比1:3混合，加入碳纳米管超声处理，加入去离子水稀释至pH6‑8，过滤，干燥；(2)将碳纳米管球磨，加入到去离子水或NMP溶剂中，再加入分散剂，高速剪切，得碳纳米管分散液；(3)加入铂卤化合物的水溶液，超声震荡，得到分散浆料；(4)加入硼氢化钠进行还原；(5)将浆料涂覆在铝箔上，鼓泡法将膜剥下。本发明将催化剂吸附在碳纳米管表面，并在碳纳米管薄膜中均匀分布，具有三维分布效果，提高了催化剂的效能；碳纳米管的高导电和导热性能，有利于电子的迁移和热的扩散。碳纳米管优异的抗腐蚀性能，有利于提高燃料电池寿命。

Description

一种用于氢燃料电池的嵌有铂催化剂的碳纳米管柔性膜
技术领域
本发明属于燃料电池领域，涉及一种氢燃料电池催化剂的制备方法。
背景技术
燃料电池是一种将燃料和氧气的化学反应能通过电极反应转化为电能的装置。结构简单，产物是水，不存在污染，是一种可持续发展的新能源，在国防、航空、航天等具有重要的价值。在质子交换膜燃料电池（PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）中，一般使用碳载铂（Pt/C）。而碳纳米管作为新型催化剂的载体，具有良好的化学稳定性，具有耐高温，在500℃以下不发生氧化，在酸性条件下可以良好的保存，使用碳纳米管作为催化剂载体，可大大提高催化剂的寿命，同时碳纳米管在储氢也具有优异的性能。
发明内容
本发明提供一种用于氢燃料电池的嵌有铂（Pt）催化剂的碳纳米管柔性薄膜。碳纳米管直径30-150nm，长度3-15μm，比表面积20-50m2/g。本发明的特点是Pt颗粒均匀嵌在在碳纳米管柔性膜中。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种用于氢燃料电池的嵌有铂催化剂的碳纳米管柔性膜，包括以下步骤。
（1）功能化处理：将浓度为6mol/L的H2SO4与浓度为6mol/L的HNO3按照体积比1:3制成混合液，加入碳纳米管超声处理1-6h，加入去离子水稀释至pH6-8，过滤，在40-90℃下干燥。
（2）碳纳米管分散：将经过处理的碳纳米管球磨1-3h，加入到去离子水或者N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶剂中，再加入分散剂，高速剪切1-5h，制得碳纳米管分散液。
（3）加入铂卤化合物的水溶液，超声震荡，得到分散浆料。
（4）加入硼氢化钠还原剂进行还原。
（5）将制备的浆料涂覆在铝箔上，然后通过鼓泡法将铝箔上的膜剥下，即得到嵌有金属铂颗粒的碳纳米管柔性薄膜(Pt/CNTs)。
本发明所述的分散剂为十二烷基苯磺钠（SDBS）、十二烷基硫酸钠(SDS) 、TritionX-100或Tween-20中的一种或两种以上。
本发明所述的铂卤化合物为氯铂酸或四氯化铂。
本发明的优点在于催化剂吸附在碳纳米管表面，并在碳纳米管薄膜中均匀分布，具有三维分布效果，这有利于提高催化剂的效能，同时碳纳米管具有高的导电和导热性能，这有利于电子的迁移和热的扩散。碳纳米管还具有优异的抗腐蚀性能，这有利于提高燃料电池的寿命。
具体实施方式
下面结合实例对本发明的进一步的说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实例。
实施例1。
将6mol/LH2SO4与6mol/LHNO3按照体积比1:3制成混合液，加入碳纳米管超声处理2h，加入去离子水稀释至pH7，过滤，在60℃下干燥。
将经过处理的碳纳米管球磨2h，以质量比为碳纳米管：去离子水：SDS=96%：2.5%：1.5%，制备浆料，加入氯铂酸的水溶液，超声1h，，加入硼氢化钠进行还原，在80℃下搅拌2h，得到分散浆料。
将分散浆料涂覆在铝箔上，通过鼓泡法将制备的Pt/CNTs 催化剂膜从铝箔上剥下，得到嵌有金属铂颗粒的Pt/CNTs薄膜。
实施例2。
将6mol/LH2SO4与6mol/LHNO3按照体积比1:3制成混合液，加入碳纳米管超声处理3h，加入去离子水稀释至pH6.8，过滤，在60℃下干燥。
将经过处理的碳纳米管球磨2h，以质量比为去离子水：碳纳米管：SDS=94.5%：4%：1.5%，制备浆料，加入氯铂酸的水溶液，超声1h，，加入硼氢化钠进行还原，在80℃下搅拌2h，得到分散浆料。
将分散浆料涂覆在铝箔上，通过鼓泡法将制备的Pt/CNTs 催化剂膜从铝箔上剥下，得到嵌有金属铂颗粒的Pt/CNTs薄膜。

Claims (1)

1.一种用于氢燃料电池的嵌有铂催化剂的碳纳米管柔性膜，其特征是包括以下步骤：
（1）将浓度为6mol/L的H2SO4与浓度为6mol/L的HNO3按照体积比1:3制成混合液，加入碳纳米管超声处理1-6h，加入去离子水稀释至pH6-8，过滤，在40-90℃下干燥；
（2）将经过处理的碳纳米管球磨1-3h，加入到去离子水或者N-甲基吡咯烷酮溶剂中，再加入分散剂，高速剪切1-5h，制得碳纳米管分散液；
（3）加入铂卤化合物的水溶液，超声震荡，得到分散浆料；
（4）加入硼氢化钠还原剂进行还原；
（5）将制备的浆料涂覆在铝箔上，然后通过鼓泡法将铝箔上的膜剥下，即得到嵌有金属铂颗粒的碳纳米管柔性薄膜；
所述的分散剂为十二烷基苯磺钠、十二烷基硫酸钠、TritionX-100或Tween-20中的一种或两种以上；
所述的铂卤化合物为氯铂酸或四氯化铂。
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