[发明专利]一种纳米多孔金属薄膜镀金属元素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池催化剂的制备方法，尤其涉及一种纳米多孔金属薄膜镀金属元素的方法。

背景技术

燃料电池由于具有较高的能量转化效率和较低的污染，越来越受到各国政府、企业和科研机构的重视。其中质子交换膜燃料电池又由于其特殊的低温快速启动、结构紧凑等优点，非常适用于作为汽车及其它可移动设施的电源。目前，阻碍燃料电池商业化的原因主要是其价格昂贵，而燃料电池中贵金属催化剂的使用量太大又是燃料电池价格昂贵的主要原因之一。为了促进燃料电池的商业化，取得良好的经济效益和社会效益，迫切需要降低燃料电池中贵金属催化剂的载量。

纳米多孔金属薄膜载铂材料及纳米多孔铂因其铂原子较高的利用率，作为燃料电池催化剂具有广泛的应用前景。纳米多孔金属薄膜通常是一种具有纳米结构的宏观薄膜材料。纳米多孔金属薄膜的孔径处于纳米尺度（1到100nm）。纳米多孔金属材料因其独特的结构、优良的导电性和高比表面积广泛的应用于过滤、传感、催化等领域。

最近，利用腐蚀法制备纳米多孔金属材料的方法越来越受到人们的重视。将成分和比例合适的合金通过化学或者电化学方法腐蚀可以制备高比表面积、结构均匀可调的惰性多孔金属。这种纳米结构材料由于具有三维连续的孔道和孔壁、较高的比表面积、良好的导电性和较强的抗腐蚀能力等优异特性可以作为催化剂特别是电催化剂的载体。1990年Karl Sieradzki和Roger C．Newman报道了可通过电化学腐蚀金银合会来制备多孔金结构(Karl sieradzki，Roger C．Newman “Micro- and Nano-porous Metallic Structures” US Patent，4,977,038，Dec．11，1990)。

2004年美国专利和国际专利(Jonah Erlebacher，Yi Ding“Method of Forming Nanoporous Membranes” US Patent，6，805，972，Oct．1 9，2004；Worldwide Patent，N0 2004/020064，March 11，2004) 公开了通过腐蚀商用金银合金箔制备高比表面积多孔金薄膜的。

国际专利(Jonah Erlebacher，Yi Ding“Method of Plating Metal Leafs and Metal Membranes” Worldwide Patent, W0 2004/021481, Nov. 3, 2004)公开了基于以上多孔金薄膜的金属镀膜的方法。在这种多孔金属镀膜的方法中，多孔金薄膜被置于含有金属离子的溶液和含有还原剂的气体界面上，气液相反应发生在多孔金的孔道里，从而多孔金的孔壁表面可以均匀地镀上一层金属，特别是具有催化活性的贵金属。这种方法只适合能够浮在水溶液表面的很薄的多孔金薄膜，而且贵金属沉积的过程及载量较难控制。

中国发明专利（授权公告号CN101332438B）公开了一种对多孔金进行贵金属镀层修饰的方法，该方法将腐蚀法制备的纳米多孔金置于电镀液中进行电化学镀，使吸附的贵金属离子还原成贵金属单质并使其牢固地结合在多孔金孔壁上。

纳米多孔金属薄膜厚度薄，机械性能较差，操作过程中容易损坏，而且转移到镀液中的时候也会由于溶液表面张力的变化，导致薄膜碎裂脱落，电镀过程中无法保持薄膜的完整性，因此难以实现宏量制备。目前对纳米多孔金属表面镀金属元素的宏量制备技术是将纳米多孔金属打碎，然后将纳米多孔结构的碎片或者粉墨刷涂在碳纸上进行后续操作，这个过程则在相当程度上破坏了薄膜材料的完整性，因此也较难控制材料不同区域镀膜的均一性。

发明内容

本发明解决了纳米多孔金属薄膜镀金属元素不易操作、多孔金属薄膜易损坏的技术问题。为此，本发明提供一种纳米多孔金属薄膜镀金属元素的方法，它具有保持薄膜完整性、纳米多孔金属薄膜易剥离的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

 一种纳米多孔金属薄膜镀金属元素的方法，其特征在于，包含以下步骤：

1）用超纯水将亲水碳纸浸湿，将纳米多孔金属薄膜漂浮在超纯水中；

2）用亲水碳纸将漂浮在超纯水中的纳米多孔金属薄膜捞起，用疏水碳纸覆盖纳米多孔金属薄膜作为阴极电极；

3）将步骤2）的阴极电极与惰性阳极浸入含金属离子的电镀液中电镀；

4）电镀完成后，去除亲水碳纸和疏水碳纸，将纳米多孔金属薄膜取出放入超纯水中漂洗；

5）将纳米多孔金属薄膜从超纯水中捞出，烘干。