CN112820884A - 用于制备电极的多有机配体单原子铂溶液以及电极 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于制备电极的多有机配体单原子铂溶液，其特征在于，多有机配体单原子铂溶液由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)‑聚(乙二醇)反应而来。本发明将铂原子形成的配体化合物用于燃料电池和基于聚唑磷酸聚合物电解质膜(PEM)的氢气净化装置的膜电极组件(MEA)的阳极和阴极电极中的应用，通过这种类型的铂原子能够更有效地利用贵金属催化剂，从而可以降低高效燃料电池或氢气净化设备所需的催化剂水平。

Description

用于制备电极的多有机配体单原子铂溶液以及电极
技术领域
本发明涉及电池领域，具体涉及用于制备电极的多有机配体单原子铂溶液以及电极。
背景技术
近年来，对非化石燃料清洁电力的需求急剧增加。这一需求集中在许多技术上，包括使用质子传导聚合物电解质膜电池以氢为燃料发电和供热的系统，如质子交换膜燃料电池。目前，质子交换膜燃料电池一般分为低温质子交换膜(60-80℃)和高温质子交换膜(120-160℃)两大类。所谓的低温质子交换膜(PEM)电池是以水为电解液，使用含共价键合的磺酸基团的含氟聚合物。杜邦公司的
Figure BDA0002276976420000011
膜和陶氏化学公司的
Figure BDA0002276976420000012
膜是商用膜的例子。由于水的损失导致质子导电性的损失，这些燃料电池的工作温度被限制在80℃左右。
虽然近几十年来质子交换膜燃料电池系统取得了重大进展，但该技术的能源成本在许多应用中仍然缺乏竞争力。燃料电池电器的材料成本，主要是贵金属催化剂的费用是其中一需要降低成本的重要问题。
发明内容
本发明的主要目的在于弥补现有技术的不足，提供一种能减少贵金属催化剂使用的体系或方法。具体地，本发明提出了一种用于制备电极的多有机配体单原子铂溶液，其特征在于，多有机配体单原子铂溶液由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)-聚(乙二醇)反应而来。
本发明还提出了一种用于制备电极的碳浆料，其特征在于，所述碳浆料包括电解质溶液和如前所述的多有机配体单原子铂溶液。
根据本发明一具体实施方式，所述碳浆料还包括铂催化剂墨水。
根据本发明一具体实施方式，所述铂催化剂墨水选自聚四氟乙烯粘结乙炔黑的悬浮液，所述乙炔黑沉淀铂金属颗粒。
本发明还提出了一种电极，所述电极采用如前任一所述碳浆料涂布一次或多次基底而来。
本发明还提出了包含前述电极的燃料电池或氢净化装置。
本发明还提出了如前任一所述碳浆料在制造电极中的应用。
本发明还提出了一种电极，所述电极由碳浆料涂覆基体而来，所述碳浆料包括可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团。
根据本发明一具体实施方式，所述贵金属催化剂原子选自铂原子。
根据本发明一具体实施方式，所述配体化合物中的配体选自氧、氮、硫或磷或它们的任何组合。
本发明将铂原子形成的配体化合物用于燃料电池和基于聚唑磷酸聚合物电解质膜(PEM)的氢气净化装置的膜电极组件(MEA)的阳极和阴极电极中的应用，通过这种类型的铂原子能够更有效地利用贵金属催化剂，从而可以降低高效燃料电池或氢气净化设备所需的催化剂水平。
具体实施方式
本发明的主要目的之一在于，提供一种能减少贵金属催化剂使用的体系或方法。
在电极制备过程，通常需向碳载体分散小颗粒贵金属催化剂，如铂，然而只有这些粒子的表面原子才是有效的催化剂，而那些低于表面且不与反应氢或氧接触的铂原子不能参与电极的主要功能。因此，这种催化剂的配置方式实际上增加了成本，且对产品的性能也没有提高。通常来说，相对于贵金属颗粒，铂原子作为催化剂，通过将活性催化剂位点的大小减小到原子水平，从而使负载在阳极或阴极的总铂能得到更充分地利用。据此，本发明提出了一种用于制备电极的多有机配体单原子铂溶液(POLSAP)，其特征在于，多有机配体单原子铂溶液由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)-聚(乙二醇)(PDMS-PEG)反应而来。该催化溶液中包括孤立的铂原子，这些铂原子由于与盐酸盐、以及PDMS和PEG配体的氧原子的相互作用而防止聚集的产生。
本发明还提出了一种用于制备电极的碳浆料，其特征在于，所述碳浆料包括少量电解质溶液和如前所述的多有机配体单原子铂溶液或分散液，所述电解质溶液可以是100％的磷酸溶液。
根据本发明一具体实施方式，所述碳浆料还包括铂催化剂墨水。该催化剂墨水可以是常规的用于涂覆的含铂催化剂的浆料，铂可以以颗粒形式存在。
根据本发明一具体实施方式，所述铂催化剂墨水选自聚四氟乙烯粘结乙炔黑的悬浮液，所述乙炔黑沉淀铂金属颗粒。
本发明还提出了一种电极，所述电极采用如前任一所述碳浆料，通过常规的涂覆技术涂覆基底而来，所述涂覆可以根据需要涂覆一次或多次，POLSAP中的基团吸附在基底的碳层上，不会向电解质的膜中迁移。
根据本发明一具体实施方式，上述基底可以是已经经过常规方式涂覆有一定铂催化剂的电极材料。
本领域技术人员清楚地知道，上述POLSAP的使用可以有许多方式，并不以实施方式所列举的为限，所使用的具体POLSAP中铂原子可以以多种方式被用于电极涂覆。
本发明还提出了包含前述电极的燃料电池或氢净化装置。
本发明还提出了如前任一所述碳浆料在制造电极中的应用。
本发明还提出了一种电极，所述电极由碳浆料涂覆基体而来，所述碳浆料包括可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团。
根据本发明一具体实施方式，所述贵金属催化剂原子选自铂原子。
根据本发明一具体实施方式，所述配体化合物中的配体选自氧、氮、硫或磷或它们的任何组合。
应当指出，以上仅实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于制备电极的多有机配体单原子铂溶液，其特征在于，所述多有机配体单原子铂溶液由氯化铂盐与醇在聚(二甲基硅氧烷)-聚(乙二醇)反应而来。
2.一种用于制备电极的碳浆料，其特征在于，所述碳浆料包括电解质溶液和如权利要求1所述的多有机配体单原子铂溶液。
3.根据权利要求2所述碳浆料，其特征在于，所述碳浆料还包括铂催化剂墨水。
4.根据权利要求3所述碳浆料，其特征在于，所述铂催化剂墨水选自聚四氟乙烯粘结乙炔黑的悬浮液，所述乙炔黑沉淀有铂金属颗粒。
5.一种电极，其特征在于，所述电极采用权利要求2-4任一所述碳浆料涂布一次或多次基底而来。
6.包含权利要求5所述电极的燃料电池或氢净化装置。
7.权利要求2-4任一所述碳浆料在制造电极中的应用。
8.一种电极，其特征在于，所述电极由碳浆料涂覆基体而来，所述碳浆料包括可溶或可分散的贵金属催化剂的原子、配体化合物、络合物、复合物或基团。
9.根据权利要求8所述的电极，其特征在于，所述贵金属催化剂原子选自铂原子。
10.根据权利要求9所述的电极，其特征在于，所述配体化合物中的配体选自氧、氮、硫或磷或它们的任何组合。
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