[发明专利]一种具有梯度孔结构的膜电极催化层及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种具有梯度孔结构的膜电极催化层，其特征在于，该催化层包括大孔层(11)、小孔层(12)和贵金属催化剂，所述的小孔层(12)靠近质子交换膜(2)一侧；所述的贵金属催化剂包括大催化剂和小催化剂；

所述的大孔层(11)中包括大催化剂；所述的小孔层(12)中包括小催化剂。

2.根据权利要求1所述的一种具有梯度孔结构的膜电极催化层，其特征在于，所述的大孔层(11)和小孔层(12)之间还设有至少一层过渡层，该过渡层中包括大催化剂和小催化剂。

3.根据权利要求2所述的一种具有梯度孔结构的膜电极催化层，其特征在于，所述的过渡层设有多层，各过渡层中大催化剂的质量分数沿着大孔层(11)向小孔层(12)的方向逐层递减。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种具有梯度孔结构的膜电极催化层，其特征在于，所述的贵金属催化剂包括碳载体和担载在碳载体上的贵金属纳米颗粒，所述的碳载体直径为30-200nm，所述贵金属纳米颗粒直径为2-10nm之间，所述贵金属纳米颗粒的担载量为30-60％。

5.根据权利要求1所述的一种具有梯度孔结构的膜电极催化层，其特征在于，所述的大催化剂包括大碳载体和贵金属纳米颗粒；所述的大碳载体直径为100-200nm；所述的小催化剂包括小碳载体和贵金属纳米颗粒；所述的小碳载体直径为30-100nm。

6.一种如权利要求1-5任一项所述具有梯度孔结构的膜电极催化层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

小孔层催化层浆料制备：将小催化剂、全氟磺酸树脂、低沸点溶剂和去离子水混合均匀，得到小孔层催化层浆料；

过渡层催化层浆料制备：将小催化剂、大催化剂、全氟磺酸树脂、低沸点溶剂和去离子水混合均匀，得到过渡层催化层浆料；

大孔层催化层浆料制备：将大催化剂、全氟磺酸树脂、低沸点溶剂和去离子水混合均匀，得到大孔层催化层浆料；

先将制备得到的小孔层催化层浆料采用喷涂方法转移到质子交换膜(2)一侧，然后在其上喷涂过渡层催化层浆料，再在其上喷涂大孔层催化层浆料；

再在质子交换膜(2)的另一侧重复上一步骤，得到具有梯度孔结构的膜电极催化层。

7.根据权利要求6所述的一种具有梯度孔结构的膜电极催化层的制备方法，其特征在于，所述的催化层浆料中，全氟磺酸树脂固体与贵金属催化剂中总的碳组分的质量之比为0.5-1.5，低沸点溶剂与去离子水的质量比为(5-20):1；催化剂浆料中的固体含量为0.5-20wt％。

8.根据权利要求6所述的一种具有梯度孔结构的膜电极催化层的制备方法，其特征在于，所述全氟磺酸树脂的当量质量EW为700-1100g/mol，所述低沸点溶剂的沸点在70-120℃之间，具体包括乙醇、正丙醇或异丙醇；喷涂时，保持质子交换膜(2)表面温度在70-120℃之间。

9.根据权利要求6所述的一种具有梯度孔结构的膜电极催化层的制备方法，其特征在于，所述过渡层催化层浆料中，大催化剂的质量占过渡层质量的10-90％，小催化剂的质量占过渡层质量的10-90％。

10.一种如权利要求1-5任一项所述具有梯度孔结构的膜电极催化层的应用，其特征在于，该催化层应用在燃料电池上。