本發明專利技術公開了一種在質子交換膜Nafion表面沉積Pt納米粒子的新方法，該方法是通過用自制的U型液相反應器在Nafion膜表面負載鉑，使其負載粒子小且分布均勻。使用NaBH4為還原劑，用H2PtCI6·6H2O作為鉑源。利用KOH調節反應環境pH=11值時，然后向其中加入還原劑NaBH4溶液，與鉑源交替放入。通過本發明專利技術在Nafion膜表面負載鉑，增大電解質與催化劑的有效接觸面積，促進電化學反應過程中質子和電子傳遞，以提高催化劑的活性，降低鉑用量；控制鉑納米粒子在Nafion膜表面沉積，使其分布均勻，不發生團聚，延長使用壽命，降低成本，節約能源，保護環境。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電化學
，具體涉及一種在質子交換膜Nafion表面沉積Pt納米粒子的新方法。
技術介紹
在質子交換膜燃料電池(PEMFC)作為一種新型的發電技術，在解決環境污染，實現能源利用高效和多元化等方面具有誘人的前景，歐美和日本等發達國家，以及中國、印度等發展中國家均對其開展了卓有成效的研究，相關技術已經接近商業應用。為了提高PEMFC壽命，必須分析各個組件失效機理，以確立相應的減緩策略。在過去的十幾年里，人們集中研究了 PEMFC的衰減問題，普遍認為影響耐久性的因素主要是電解質膜減薄、鉬聚集和炭載體腐蝕弓I起的催化劑性能衰減。現有技術中，對質子交換膜燃料電池鉬催化劑的制備主要有以下的方法專利號為ZL 01126184. 6的專利，公開了一種質子交換膜燃料電池用納米鉬催化劑的制備方法。是將粉末狀活性炭加入氯鉬酸溶液，使鉬與碳的質量比為I :0.02-1 10,氯鉬酸溶液的濃度范圍為O. 001-0. lmol/L,加入微量表面活性劑或微量參雜組分，充分攪拌；再加入過量甲醛還原；加入表面活性劑是軟脂酸、硬脂酸、硅油之一種，加入量為每100毫升氯鉬酸溶液中加入O. I微升-10微升；加入的微量摻雜組分是金屬元素Pd、Ni、Ir、Ru的氯化物之一種，加入量為使質量比X :Pt=0. 001 1-0. 03 1 ;控制反應過程中的pH值為7-9，反應溫度為40-80°C，反應時間8-30小時；反應完全后，將產物過濾、洗滌、真空干燥。專利號為ZL 200510049593. I的專利，本專利技術公開了一種在碳載體表面負載鉬金 屬納米粒子的制備方法。它是將碳載體均勻分散在含有鉬金屬鹽和醋酸鹽的液體多元醇中，然后將該混合物加熱到160-180°C，并在不斷的攪拌下回流2-3小時。每升液體多元醇中含有I. 2-15克碳載體，含金屬鹽為O. 01-0. 04摩爾，含醋酸鹽0-0. 01摩爾。鉬金屬納米粒子在碳載體上的負載量為2%-40%。專利號為ZL 03131076. I的專利，本專利技術公開了一種聚合物電解質膜燃料電池鉬/炭電催化劑的制備方法，是將活性炭加入到去離子水與有機溶劑的混合溶劑中，其中活性炭含量為O. 1-5. Og/L,去離子水與有機溶劑的體積比例為I : O. 2-5 ;滴加鉬鹵化物水溶液，攪拌并加熱至40-80°C，保持溫度1-5小時，配制成鉬含量為O. 1-1. Og/L的混合溶液；混合溶液在80-200°C下真空或者氬氣或者氮氣保護下烘干；烘干得到的物質在氬氣或者氮氣氣氛下采用程序升溫方法進行焙燒在300-400°C下恒溫焙燒1-4小時；在450-560°C下恒溫焙燒2-4小時；在630-750°C下恒溫焙燒3_6小時；收集焙燒后的固體物質，去離子水過濾洗滌；80-10(TC下真空干燥。綜合以上制備方法，催化劑采用的是炭負載鉬。雖然催化劑顆粒細小，比表面積大，活性高，但是，伴隨著水的流動和使用時間的延長，炭載體的電化學氧化和鉬納米顆粒的聚集，鉬納米顆粒開始從炭載體上流失，使這種結構催化劑缺乏足夠的耐久性，并且它們不同程度地存在制備工藝復雜及條件較為苛刻。傳統浸泡沉積法中應用的普通燒杯類的玻璃儀器存在很多問題。由于催化劑Pt單質的還原過程容易團聚，在重力的作用下沉降到一個水平平面更加明顯，分布不均勻，減少了電解質與催化劑的有效接觸面積，提高了鉬用量，增加了成本，浪費能源。
技術實現思路
本專利技術的本專利技術的目的是建立一種工藝簡單、成本低廉的質子交換膜表面沉積Pt納米粒子的新方法，通過用特制的U型液相反應器在Nafion膜表面負載鉬；由此方法制備的鉬催化劑顆粒小，分散性能良好，具有較高的比表面積。本專利技術是通過以下技術方案予以實現的 質子交換膜表面沉積Pt納米粒子的新方法是一種U型液相反應器，是由L形的玻璃瓶I和L形的玻璃瓶II組成，所述玻璃瓶I下方的左側設有連接口 I，連接口 I的外壁套有聚四氟塑料固定板I，連接口 I的外壁與聚四氟塑料固定板I之間還設有生料帶I ;所述玻璃瓶II下方的右側設有連接口 II，連接口 II的外壁套有聚四氟塑料固定板II，連接口 II的外壁與聚四氟塑料固定板II之間還設有生料帶II，玻璃瓶II下方的左側設有出水口，出水口處還塞有膠皮塞；聚四氟塑料固定板I和聚四氟塑料固定板II通過螺絲固定在一起，在聚四氟塑料固定板I和聚四氟塑料固定板II之間設有增加密閉性的膠皮圈I和膠皮圈II，在膠皮圈I和膠皮圈II之間還設有nafion膜；a、使用前將nafion膜裁剪成合適的尺寸，然后按照以下處理步驟對其進行預處理①將nafion膜放在3°/Γ5%的H2O2溶液中，在80°C恒溫處理60min以除去膜材料中的有機雜質；②將取出的nafion膜用離子水沖洗干凈后，再放入去離子水中，在80°C水浴處理IOmin ；③將nafion膜放入0. 5mol/L H2SO4溶液中，在80°C水浴處理Ih ；④將nafion膜放入去離子水中在80°C水浴處理Ih ；⑤將處理好的Nafion膜置于去離子水中，在冰箱中2_6°C保存備用，所得處理后的nafion膜為無色透明膜；b、在25°C下，將預處理之后的Nafion膜放入到U型液相反應器中，玻璃瓶II中放Al. 8-2mmol/I^^H2PtCI6溶液，用 KOH 調節H2PtCI6溶液的pH至 11，玻璃瓶 I 放入 0. Olmol/L的K2SO4溶液，用H2SO4調節K2SO4溶液的pH至2，玻璃瓶I和玻璃瓶II中的液面高度處于同一水平面上且高于Nafion膜，恒溫2 6°C放置2_3h ；C、反應2小時后，通過出水口將玻璃瓶II中的溶液放出，然后將lmol/L的NaBH4溶液倒入玻璃瓶II至與玻璃瓶I的液面高度一致，之后每隔20min，從玻璃瓶II的出水口放出20ml溶液，然后再加入lmol/L的NaBH4溶液20mL，攪拌并除去在nafion膜表面形成的氣泡，還原過程需要在25°C進行l_3h ；所述lmol/L的NaBH4溶液在使用前要在25 35°C恒溫處理至少I小時；d、反應結束后，將nafion膜取出，用去離子水沖洗，在35°C的電熱恒溫鼓風干燥箱中烘干。本專利技術方法得到nafion膜負載鉬納米顆粒，做掃描電子顯微鏡(SEM)觀察可見粒子分布均勻。本專利技術的有益效果是Nafion膜表面負載鉬，增大電解質與催化劑的有效接觸面積，促進電化學反應過程中質子和電子傳遞，以提高催化劑的活性，降低鉬用量；控制鉬納米粒子在Nafion膜表面沉積，使其分布均勻，不發生團聚，延長使用壽命，降低成本，節約能源，保護環境。附圖說明本專利技術附圖6幅，其中圖I是本專利技術方法中U型液相反應器的結構示意圖；圖2是U型液相反應器中聚四氟塑料固定板I 8. I的截面圖；圖3是實施例2的pH值為11的nafion膜表面的20000倍掃描電鏡圖片； 圖4是實施例2的pH值為11的nafion膜表面的能量分散譜分析(energydisperse spectroscope)；圖5為傳統方法Pt單質顆粒團聚的掃描電鏡圖片；圖6為傳統方法Pt單質顆粒團聚的掃描電鏡圖片；圖中I、玻璃瓶I，2、玻璃瓶II，3. I、膠皮圈I，3. 2、膠皮圈II，4. I、生料帶I，4.2生料帶II，5、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種在質子交換膜Nafion表面沉積Pt納米粒子的新方法,其特征是：一種U型液相反應器，是由L形的玻璃瓶Ⅰ（1）和L形的玻璃瓶Ⅱ（2）組成，所述玻璃瓶Ⅰ（1）下方的左側設有連接口Ⅰ（11），連接口Ⅰ（11）的外壁套有聚四氟塑料固定板Ⅰ（8.1），連接口Ⅰ（11）的外壁與聚四氟塑料固定板Ⅰ（8.1）之間還設有生料帶Ⅰ（4.1）；所述玻璃瓶Ⅱ（2）下方的右側設有連接口Ⅱ（10），連接口Ⅱ（10）的外壁套有聚四氟塑料固定板Ⅱ（8.2），連接口Ⅱ（10）的外壁與聚四氟塑料固定板Ⅱ（8.1）之間還設有生料帶Ⅱ（4.2），玻璃瓶Ⅱ（2）下方的左側設有出水口（9），出水口（9）處還塞有膠皮塞（7）；聚四氟塑料固定板Ⅰ（8.1）和聚四氟塑料固定板Ⅱ（8.2）通過螺絲（5）固定在一起，在聚四氟塑料固定板Ⅰ（8.1）和聚四氟塑料固定板Ⅱ（8.2）之間設有增加密閉性的膠皮圈Ⅰ（3.1）和膠皮圈Ⅱ（3.2），在膠皮圈Ⅰ（3.1）和膠皮圈Ⅱ（3.2）之間還設有nafion膜（6）；a、nafion膜（6）的預處理：①將nafion膜（6）放在3%~5%的H2O2溶液中，在80℃恒溫處理60min；②將取出的nafion膜（6）用離子水沖洗干凈后，再放入去離子水中，在80℃水浴處理10min；③將nafion膜（6）放入0.5mol/L？H2SO4溶液中，在80℃水浴處理1h；④將nafion膜（6）放入去離子水中在80℃水浴處理1h；⑤將處理好的Nafion膜（6）置于去離子水中，在冰箱中2？6℃保存備用；b、在25℃下，將預處理之后的Nafion膜（6）放入到U型液相反應器中，玻璃瓶Ⅱ（2）中放入1.8？2mmol/L的H2PtCI6溶液，用KOH調節H2PtCI6溶液的pH至11，玻璃瓶Ⅰ（1）放入0.01mol/L的K2SO4溶液，用H2SO4調節K2SO4溶液的pH至2，玻璃瓶Ⅰ（1）和玻璃瓶Ⅱ（2）中的液面高度處于同一水平面上且高于Nafion膜（6），恒溫2~6℃放置2？3h；c、反應2小時后，通過出水口（9）將玻璃瓶Ⅱ（2）中的溶液放出，然后將1mol/L的NaBH4溶液倒入玻璃瓶Ⅱ（2）至與玻璃瓶Ⅰ（1）的液面高度一致，之后每隔20min，從玻璃瓶Ⅱ（2）的出水口（9）放出20ml溶液，然后再加入1mol/L的NaBH4溶液20mL，攪拌并除去在nafion膜（6）表面形成的氣泡，還原過程需要在25℃進行1？3h；所述1mol/L的NaBH4溶液在使用前要在25～35℃恒溫處理至少1小時；d、反應結束后，將nafion膜（6）取出，用去離子水沖洗，在35℃的電熱恒溫鼓風干燥箱中烘干。...
【技術特征摘要】
1.一種在質子交換膜Nafion表面沉積Pt納米粒子的新方法，其特征是 一種U型液相反應器，是由L形的玻璃瓶I (I)和L形的玻璃瓶II (2)組成，所述玻璃瓶I (I)下方的左側設有連接口 I (11)，連接口 I (11)的外壁套有聚四氟塑料固定板I (8.1)，連接口 I (11)的外壁與聚四氟塑料固定板I (8. I)之間還設有生料帶I (4.1);所述玻璃瓶II (2)下方的右側設有連接口 II (10)，連接口 II (10)的外壁套有聚四氟塑料固定板II (8. 2)，連接口 II (10)的外壁與聚四氟塑料固定板II (8. I)之間還設有生料帶II(4. 2)，玻璃瓶II (2)下方的左側設有出水口(9)，出水口(9)處還塞有膠皮塞(7);聚四氟塑料固定板I (8. I)和聚四氟塑料固定板II (8. 2)通過螺絲(5)固定在一起，在聚四氟塑料固定板I (8. I)和聚四氟塑料固定板II (8. 2)之間設有增加密閉性的膠皮圈I (3. I)和膠皮HII (3. 2)，在膠皮圈I (3. I)和膠皮圈11(3.2)之間還設有1^打011膜(6)； a、nafion膜(6)的預處理 ①將nafion膜(6)放在3% 5%的H2O2溶液中，在80°C恒溫處理60min； ②將取出的nafion膜(6)用離子水沖洗干凈后，再放入去離子水中，在80°C水浴處理IOmin...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙紅，趙月，丁敏，徐洪峰，
申請(專利權)人：大連交通大學，
類型：發明
國別省市：
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