[发明专利]用于燃料电池金属极板的石墨烯复合涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种用于燃料电池金属极板的石墨烯复合涂层，该石墨烯复合涂层涂镀在金属极板上，其特征在于，所述的石墨烯复合涂层包括从下到上依次设置在金属极板上的纯金属层、石墨烯层和原子层沉积膜，

所述的纯金属层的厚度为0.1～10μm，该纯金属层为金属层取向为Ni(1 1 1)的纯金属Ni层或金属层取向为Cu(1 1 1)的纯金属Cu层；

所述的石墨烯复合涂层通过以下步骤制成：

(1)金属极板表面预处理：将金属极板清洗干净后，再进行超声振动处理；

(2)纯金属层沉积：往预处理后的金属极板上沉积纯金属层；

(3)石墨烯层生长：沉积好纯金属层的金属极板放入通有保护气体的化学气相沉积设备中，加热并通入碳源气体，使碳源气体在纯金属层上进行催化反应，生长得到石墨烯层；

(4)原子层沉积：将生长完石墨烯层的金属极板放入原子层沉积设备中，加热并通入气相前驱体，使其在石墨烯层的微缺陷处和晶界处进行化学吸附并反应生成沉积物，形成原子层沉积膜，即得到石墨烯复合涂层；

步骤(1)中所述的金属极板用去离子水清洗干净后，再依次置入无水乙醇、丙酮、无水乙醇中进行超声振动处理；

步骤(2)中纯金属层的沉积方法为磁控溅射、多弧离子镀、电子束蒸发或化学气相沉积；

步骤(3)中碳源气体催化反应的温度为600～1200℃；

步骤(4)中气相前驱体采用脉冲交替的方式通入原子层沉积设备中，每个脉冲的循环时间为2～5s，脉冲间隔为6～10s，气相前驱体在石墨烯层上的反应温度为250～500℃。

2.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池金属极板的石墨烯复合涂层，其特征在于，所述的原子层沉积膜为由沉积物所形成的沉积金属膜、沉积金属氧化物膜、沉积金属氮化物膜或沉积金属碳化物膜。

3.根据权利要求2所述的一种用于燃料电池金属极板的石墨烯复合涂层，其特征在于，所述的沉积金属膜中的沉积物为Y、Ag、Au或Pt；所述的沉积金属氧化物膜中的沉积物为HfO₂、Al₂O₃、Nb₂O₅、Ta₂O₅、Y₂O₃或In₂O₃；所述的沉积金属氮化物膜中的沉积物为TiN、CrN、Ta₃N₅、NbN或MoN；所述的沉积金属碳化物膜中的沉积物为TiC、TaC、CrC、NbC或MoC。

4.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池金属极板的石墨烯复合涂层，其特征在于，所述的石墨烯层的厚度为0.1～1μm，该石墨烯层由具有微缺陷的石墨烯晶体组成，所述的原子层沉积膜设置在石墨烯晶体上的微缺陷处和各石墨烯晶体之间的晶界处。

5.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池金属极板的石墨烯复合涂层，其特征在于，所述的原子层沉积膜上还可以重复依次设置纯金属层、石墨烯层和原子层沉积膜多次，形成具有多层交替的石墨烯复合涂层。

6.根据权利要求1所述的一种用于燃料电池金属极板的石墨烯复合涂层，其特征在于，步骤(3)中所述的保护气体为氢气和氩气的混合气体，所述的碳源气体为为甲烷、乙烯或乙炔；步骤(4)中所述的气相前驱体为与沉积物相对应的金属化合物靶材。

7.根据权利要求1所述的用于燃料电池金属极板的石墨烯复合涂层，其特征在于，在步骤(4)得到的石墨烯复合涂层上再重复步骤(2)～步骤(4)多次，在金属极板上涂镀多层交替石墨烯复合涂层。