[发明专利]一种有序超薄膜电极、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种有序超薄膜电极结构的制备方法，其特征在于，该有序超薄膜电极结构包括离子交换膜和催化剂层；催化剂层是由分枝状金属材料组成，催化剂层在离子交换膜的一侧或两侧，催化剂层的厚度为20nm～1μm，金属的载量为0.005～1mg/cm²；所述有序超薄膜电极结构的制备方法，步骤如下：

1)有序超薄膜电极的制备

a)将离子交换膜置于反应器中，向反应器中加入摩尔比为1:1:1～1:500:500的金属前驱体、配位剂和还原剂的混合溶液，反应温度为10～100℃，反应时间为10s～12h，金属在离子交换膜一侧或两侧原位成核生长，制备成催化剂层为单一金属或合金的超薄膜电极；

2)有序超薄膜电极的处理

2.1)将有序超薄膜电极置于1～30wt％H₂O₂水溶液中在20℃～100℃处理10min～3h，然后用20～100℃去离子水清洗，去除超薄膜电极表面残留的H₂O₂；

2.2)将有序超薄膜电极转移至0.1～5M H₂SO₄或0.5～10M KOH中在20～100℃处理10min～50h，然后用20～100℃去离子水清洗，去除超薄膜电极表面残留的H₂SO₄或KOH。

2.根据权利要求1所述的一种有序超薄膜电极结构的制备方法，其特征在于，所述的金属为Pt、Pd、Ir、Ru、Rh、Au、Ag、Fe、Co、Ni、Cu中的一种或两种以上的混合，金属前驱体的浓度范围为0.1～100mM。

3.根据权利要求1所述的一种有序超薄膜电极结构的制备方法，其特征在于，在步骤1)得到的结果基础上，进一步以岛状或外延生长的形式沉积其他金属，制备核壳结构催化剂层；

将步骤1)得到的催化剂层作为载体，在催化剂层的表面沉积不同于载体的单一金属或合金，反应温度为10～300℃，反应时间为10s～50h，制备成催化剂层为核壳结构催化剂的超薄膜电极。

4.根据权利要求1或3所述的一种有序超薄膜电极结构的制备方法，其特征在于，所述的混合溶液中添加结构引导剂，结构引导剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十二烷基氨基丙酸钠、月桂基硫酸钠、聚环氧乙烯月桂酰醚、聚氧乙烯月桂醚、聚乙二醇辛基苯基醚、聚氧乙烯单叔辛基苯基醚、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸、二硬脂酰基磷脂酰胆碱、月桂酸失水山梨醇酯、油酸二乙醇酰胺、十二烷基二甲基甜菜碱、十四烷基二甲基磺乙基甜菜碱、硬脂酸、油胺、油酸、聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物中的一种或两种以上的混合物，浓度范围为0.01～1000mM。

5.根据权利要求1或3所述的一种有序超薄膜电极结构的制备方法，其特征在于，所述的配位剂为含氮有机化合物、含硫有机化合物或含磷有机化合物，浓度范围为0.5～1000mM。

6.根据权利要求4所述的一种有序超薄膜电极结构的制备方法，其特征在于，所述的配位剂为含氮有机化合物、含硫有机化合物或含磷有机化合物，浓度范围为0.5～1000mM。

7.根据权利要求5所述的一种有序超薄膜电极结构的制备方法，其特征在于，所述的还原剂为甲醛、甲酸、硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾、甲醇、乙醇、多元醇、水合肼、乙二酸、苹果酸、柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、抗坏血酸中的一种或二种以上的混合物，浓度范围为1～1000mM。

8.根据权利要求6所述的一种有序超薄膜电极结构的制备方法，其特征在于，所述的还原剂为甲醛、甲酸、硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾、甲醇、乙醇、多元醇、水合肼、乙二酸、苹果酸、柠檬酸、葡萄糖、蔗糖、抗坏血酸中的一种或二种以上的混合物，浓度范围为1～1000mM。

9.一种如权利要求1-8任一所述的一种有序超薄膜电极结构的制备方法制备得到的有序超薄膜电极用于电解池、燃料电池、传感器、气体纯化分离器或膜分离的电化学反应器。