CN110474058B - 一种模板法阴极氧还原电催化Pt电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模板法阴极氧还原电催化Pt电极的制备方法。依次将高纯电子铝箔在盐酸、硫酸、十二烷基苯磺酸钠组成的混合溶液中直流电化学腐蚀，5%硼酸溶液中电化学阳极氧化，然后将铝箔浸在含有乙二醇、甲醛、水合肼中一种或几种的H2PtCl6溶液中0.5‑2小时，取出后清洗烘干，再用热的NaOH溶液去除铝箔模板，500℃烘箱中煅烧2小时即可获得中空纳米结构的Pt电极。本发明具有成本低、工艺流程简单、适合批量化生产的优点。

Description

一种模板法阴极氧还原电催化Pt电极的制备方法
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池，特别是一种模板法阴极氧还原电催化Pt电极的制备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池具有能量密度高、工作温度宽、能源效率高、环境友好等特点，被广泛应用于新能源汽车、应急电源、通信基站等领域。然而此类电池的膜电极尤其是阴极氧还原电催化剂需消耗大量贵金属Pt，成为制约燃料电池大规模推广的最主要障碍。因而急需提高Pt的质量比化学活性表面积，提高Pt催化效率，降低产品成本。通过制备具有纳米结构的Pt电极可以让更多的Pt原子位于活性表面，获得更优的催化活性，一般采用离子溅射、水热法、还原法等方法获得，其中以商用AAO为模板的方法尺寸均匀可控，不易团聚，制备工艺相对简单，但是AAO阳极氧化铝机械强度低，难以承载较高传质推动力；尺寸小，仅适合小批量生产，价格昂贵。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供一种成本低、工艺流程简单、适合批量生产的模板法阴极氧还原电催化Pt电极的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种模板法阴极氧还原电催化Pt电极的制备方法，包括以下步骤：
a）清洗：将20-60μm厚高纯电子铝箔用0.5%的NaOH溶液清洗去除表面自然氧化膜及油污；
b）电腐蚀：将其浸入盐酸、硫酸、十二烷基苯磺酸钠组成的混合溶液中，施加直流电进行电化学腐蚀，获得具有贯穿隧道孔结构腐蚀铝箔，孔洞直径为50-200nm；
c）化成：将铝箔在85℃的硼酸溶液中进行化成，电压50V，时间5min，450-500℃条件下热处理2分钟，在腐蚀铝箔孔洞表面生成Al2O3保护层，避免在后续工序后发生铝模板腐蚀；
d）常温下将过量的乙二醇、甲醛、水合肼中一种或几种的混合物在搅拌条件下，加入到H2PtCl6溶液中，并将铝箔浸入到溶液中0.5-2小时后取出，纯水清洗、烘干；铝箔浸入操作可在加压条件下进行，便于孔洞充分浸润；此外还可根据需要重复多次步骤d；
e）煅烧：最后放入热的NaOH溶液中去除铝箔模板，500℃烘箱中煅烧2小时即可获得中空纳米结构的Pt电极。
本发明的进一步改进在于：所述步骤b）中施加的电流密度为5.0-15.0 A/cm2，温度控制在20-50℃之间，时间为2-10min；可通过调节电流密度及腐蚀液温度获得不同大小的腐蚀孔。
本发明的进一步改进在于：所述H2PtCl6溶液的浓度为0.2-1.0mol/L。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
成本低、工艺流程简单，采用易于制备的价格低廉的具有贯通隧洞孔结构的铝箔为模板，大大降低了Pt催化电极的制造难度和生产成本，并且铝箔还具有优良的机械强度可获得很大的面积，适合批量化生产。
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1：
将厚度为30μm高纯电子铝箔用0.5%的NaOH溶液清洗去除表面自然氧化膜及油污后，浸入0.5-2.0wt%盐酸、10-30wt%硫酸、0.002-0.01wt%十二烷基苯磺酸钠组成的混合溶液中，施加电流密度为8.0A/cm2的直流电进行电化学腐蚀，温度控制在40±2℃，时间为6min，上述腐蚀铝箔在85℃的硼酸溶液中进行化成，电压50V，时间5min，然后在450℃条件下热处理2分钟，常温下将过量的乙二醇、水合肼（体积比为10:1）搅拌条件下，加入到浓度为0.5mol/L的H2PtCl6溶液中，然后将铝箔浸入到溶液中1小时后取出，清洗、烘干，然后放入热的NaOH溶液中待去除铝箔模板后放入500℃烘箱中煅烧2小时。
实施例2：
将厚度为50μm高纯电子铝箔用0.5%的NaOH溶液清洗去除表面自然氧化膜及油污后，浸入0.5-2.0wt%盐酸、10-30wt%硫酸、0.002-0.01wt%十二烷基苯磺酸钠组成的混合溶液中，施加电流密度为12.0A/cm2的直流电进行电化学腐蚀，温度控制在25±2℃，时间为10min，上述腐蚀铝箔在85℃的硼酸溶液中进行化成，电压50V，时间5min，然后在450℃条件下热处理2分钟，常温下将过量的甲醛在搅拌条件下，加入到浓度为0.2mol/L的H2PtCl6溶液中，然后将铝箔浸入到溶液中1小时后取出，清洗、烘干。再次将铝箔浸入到溶液中1小时后取出，清洗、烘干。然后放入热的NaOH溶液中待去除铝箔模板后放入500℃烘箱中煅烧2小时。
本发明的所采用铝箔模板的性能参数及Pt电极尺寸。
Figure 390743DEST_PATH_IMAGE002
申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的实现方法及装置结构，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开的范围之内。
本发明并不限于上述实施方式，凡采用和本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有方式，均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种模板法阴极氧还原电催化Pt电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a）清洗：将20-60 μm厚高纯电子铝箔用0.5%的NaOH溶液清洗去除表面自然氧化膜及油污；
b）电腐蚀：将其浸入盐酸、硫酸、十二烷基苯磺酸钠组成的混合溶液中，施加直流电进行电化学腐蚀；
c）化成：将铝箔在85℃的硼酸溶液中进行化成，电压50V，时间5 min，450-500℃条件下热处理2分钟；
d）常温下将过量的乙二醇、甲醛、水合肼中一种或几种的混合物在搅拌条件下，加入到H2PtCl6溶液中，并将铝箔浸入到溶液中0.5-2小时后取出，纯水清洗、烘干；
e）煅烧：最后放入热的NaOH溶液中去除铝箔模板，500℃烘箱中煅烧2小时即可获得中空纳米结构的Pt电极。
2. 根据权利要求1所述的一种模板法阴极氧还原电催化Pt电极的制备方法，其特征在于：所述步骤b）中施加的电流密度为5.0-15.0 A/cm2，温度控制在20-50℃之间，时间为2-10 min。
3. 根据权利要求1所述的一种模板法阴极氧还原电催化Pt电极的制备方法，其特征在于：所述H2PtCl6溶液的浓度为0.2-1.0 mol/L。
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