[发明专利]基于铂或铂合金纳米管的膜电极的制备及其应用

权利要求书

1.一种基于铂合金纳米管的膜电极，其特征在于：膜电极的催化层由退火处理的铂合金纳米管构成，所制备的催化层位于离子交换膜的一侧或者两侧；所述纳米管的管壁为开放结构；

催化层由直径为10 nm~ 200 nm，长度为50 nm~ 5 μm的铂合金纳米管构成，催化层的厚度为50 nm~ 10 μm，所采用的离子交换膜为阳离子交换膜或者阴离子交换膜；

构成铂合金的除铂之外的过渡金属的种类有Fe、Co、Ni、Cu、Au、Ru、Pd、Ir、Mn、Cr、Ag中一种或二种以上，铂与过渡金属的原子比例为1:5~9:1。

2.一种权利要求1所述膜电极的制备方法，其特征在于：

（1）采用水热法在基底上生长垂直于基底的Co-OH-CO₃纳米棒阵列；

（2）在Co-OH-CO₃纳米棒均匀担载金属催化剂；

（3）将担载有催化剂的Co-OH-CO₃阵列进行退火处理；

（4）将担载有催化剂的纳米棒阵列转印于离子交换膜的一侧或者两侧；

（5）对膜电极进行净化处理。

3.按照权利要求2所述膜电极的制备方法，其特征在于：步骤（1）中的基底为玻璃、镍片、镍网、不锈钢片或者钛片；

步骤（1）中Co-OH-CO₃阵列的生长是通过高压水热法制备，包含以下步骤：

A、配制反应溶液，反应溶液为含浓度为1-30 mM的氟化铵、1-30 mM的尿素、1-50 mM的硝酸钴的水溶液；

B、将基底浸渍入反应溶液中，在高压反应釜中90-150 ^oC下反应30 min-24 h，在基底上制备成Co-OH-CO₃阵列。

4.按照权利要求2所述膜电极的制备方法，其特征在于：步骤（2）中担载催化剂的方法有物理气相沉积或化学气相沉积；

步骤（2）所担载催化剂为铂合金，催化剂由Pt或铂与Fe、Co、Ni、Cu、Au、Pd、Ru、Ir、Mn、Cr、Ag中的一种及二种以上的元素构成，铂与其它金属的原子比例为1:5~9:1，催化剂担量为1 μg cm^-2~5 mg cm^-2。

5.按照权利要求2所述膜电极的制备方法，其特征在于：步骤（3）退火温度为200 ℃~1000 ℃，退火气氛为H₂、N₂、Ar、He，或者H₂-Ar、 H₂-N₂、H₂-He的混合气体，混合气体中H₂的含量为1 vol. %~99 vol. %，退火时间为10 min-7 days；

步骤（4）转印时施加压力大小为0.1～50 MPa，时间在1 s～30 min，温度在20～200℃。

6.按照权利要求2所述膜电极的制备方法，其特征在于：步骤（5）膜电极的净化步骤为：

（1）将水洗后的膜电极进行酸洗；所采用的酸为硝酸、硫酸或者盐酸，浓度为5 mM~10M, 酸处理的温度为20 ~ 100 ℃，酸处理的时间为1 min ~24 h；

（2）将酸洗后的膜电极水洗，水洗的温度为20 ~ 100 ℃；

（3）将膜电极置于过氧化氢的水溶液中清洗；过氧化氢的质量浓度1%~10%，清洗的温度为20 ~ 100 ℃；

（4）将膜电极置于硫酸溶液中清洗；硫酸的质量浓度在1 wt. %~30 wt. %，清洗的温度为20 ~ 100 ℃；

（5）将膜电极置于去离子水中清洗，清洗的温度为20 ~ 100 ℃。

7.一种权利要求1所述膜电极的应用，其特征在于：所制备的电极用于燃料电池。