一種鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種銷(xiāo)網(wǎng)擔(dān)載氧化銷(xiāo)電極材料及其制備方法，屬于電催化領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 原電池因具有高能效、低排放等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)為能源經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提 供有力支持的發(fā)電技術(shù)。而性能良好的電極至關(guān)重要，它決定著大電流密度放電時(shí)的電池 性能、運(yùn)行壽命及成本。所W，電極性能的好壞是關(guān)系到原電池進(jìn)一步商業(yè)化的重要因素。
[0003] 原電池中電極可分為陰極電極和陽(yáng)極電極，廣泛研究和應(yīng)用的原電池陽(yáng)極電 極主要WPt作為活性組分。為了降低電極成本，一系列的Pt二元，=元催化劑的體系 也都得到了廣泛的研究，目前，Pt-Ru/C催化劑是研究最為成熟、應(yīng)用最廣的陽(yáng)極催化 劑[M. A. Raso, I. Carrillo, E. Mora, E. Navarro, M. A. Garcia, T. J. Leo. Electrochemical study ofplatinum deposited by electron beam evaporation for application as fuel cell electrodes [J]. international journal of hydrogen energy 2014, 39:5301-5308]。此外，Pt-Pd/C、Pt-W〇3/C、Pt-Mo/C和Pt-Sn/C也有很好的電催化性 貪良[Kadirgan, F. , A. Kannan, T. Atilan, et al. , Carbon supported nano-sized Pt-Pd and Pt_Co荀ectroc過(guò)taiysts for proton exchange membrane fuel cells [J]. Int. J. Hydrogen 化ergy，2009, 34(23) : 9450-9460]。Pt〇2是有機(jī)合成中氨化和氨解反應(yīng)的催化劑，優(yōu)良的吸 氨材料自身無(wú)催化活性，但遇氨離子后，可轉(zhuǎn)變?yōu)橛写呋钚缘匿N(xiāo)黑，利用該材料的該一特 性作為原電池的陽(yáng)極活性組分，配合Pt陰極電極，在原電池中發(fā)生如下反應(yīng)：
[0004]陰極；&一2H++2e
[0005]陽(yáng)極；2H++2e-+Pt〇2-PtO+H 2〇
[0006] 因此，采用Pt化為陽(yáng)極活性組分，有望提高陽(yáng)極電極催化效率，降低成本。
[0007]目前，制備原電池電催化劑的方法可分為為化學(xué)法與物理法巧]。但是，為獲得較 大的比表面積，目前催化劑都是納米顆粒材料，該就使用電催化劑存在兩個(gè)問(wèn)題，從而影響 電極電催化活性；其一，納米顆粒易團(tuán)聚；其二，目前電催化劑的制備技術(shù)多采用化學(xué)法， 而化學(xué)法的可控性與重復(fù)性較差，不適合于大規(guī)模重復(fù)性生產(chǎn)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，目前制備納 米催化劑的方法多為化學(xué)法，還未見(jiàn)采用銷(xiāo)漿燒結(jié)法在Pt網(wǎng)上擔(dān)載Pt〇2粉制備電極的相 關(guān)報(bào)道。而銷(xiāo)漿燒結(jié)法具有制備過(guò)程簡(jiǎn)單、制成的Pt電極與敏感元件粘合性比較好，成本 較低，是商業(yè)用多孔Pt電極的主要制備方法。
[000引基于W上存在的問(wèn)題，本發(fā)明人提出了一種納米型多孔結(jié)構(gòu)Pt化電極及其漿料燒 結(jié)的制備方法，該方法不僅簡(jiǎn)便、易操作，而且保證上述產(chǎn)品具備催化活性高、耐蝕性強(qiáng)、壽 命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，為原電池催化劑改性方法及電極制備技術(shù)提供新的方向，推進(jìn)原電池的商業(yè) 化進(jìn)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種銷(xiāo)網(wǎng)擔(dān)載氧化銷(xiāo)電極材料及其制備方法，所述Pt化電 極催化活性高、耐蝕性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，為原電池催化劑改性方法及電極制備技術(shù)提 供新的方向，本發(fā)明的另一目的在于提供一種獲得上述銷(xiāo)網(wǎng)擔(dān)載氧化銷(xiāo)電極材料的制備方 法。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)第一目的，所述銷(xiāo)網(wǎng)擔(dān)載氧化銷(xiāo)電極材料的結(jié)構(gòu)包括基底銷(xiāo)網(wǎng)（1)和Pt〇2 活性層（2)。所述基底銷(xiāo)網(wǎng)（1)銷(xiāo)網(wǎng)目數(shù)為60~80目，絲直徑0. 09mm~0. 12mm，純度 > 99. 9% ;Pt化活性層（2)中PtO2顆粒的粒徑范圍在300皿~2000皿，PtO2活性層厚度在 0. 01mm~0. 05mm之間，Pt含量> 80. 00%。
[0011] 本發(fā)明的另一目的是該樣實(shí)現(xiàn)的，所述銷(xiāo)網(wǎng)擔(dān)載氧化銷(xiāo)電極材料采用漿料燒結(jié)的 方法制備，具體制備方法包括如下步驟；
[001引 （1)基底銷(xiāo)網(wǎng)的處理；W純度>99. 9%，絲直徑0.09臟~0. 12臟，目數(shù)為60~80 目的銷(xiāo)網(wǎng)為基底，用丙酬和己醇交替超聲清洗后，用離子束預(yù)瓣射清洗，離子束預(yù)瓣射清洗 中，本底真空優(yōu)于10-中3,瓣射時(shí)惰性氣體工作氣壓為lxl0-申a至4xl0-申a。
[001引 似氧化銷(xiāo)漿料的制備：取粉末粒徑范圍在250nm~1500nm的Pt化粉末和導(dǎo)電高 分子有機(jī)載體，按Pt02漿料中Pt的固含量為70%~90%的比例混合，研磨制備得到Pt02 漿料，研磨時(shí)間l0-25min。
[0014] 做氧化銷(xiāo)電極的組裝：采用絲網(wǎng)印刷的方法將Pt〇2漿料附著于銷(xiāo)網(wǎng)上，Pt〇2活 性層厚度在0. 01mm~0. 05mm之間，。
[0015] (4)電極的熱處理；對(duì)擔(dān)載Pt〇2漿料的銷(xiāo)網(wǎng)進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為400~ 550°C，熱處理時(shí)間15~30min。
[0016] 本發(fā)明通過(guò)漿料燒結(jié)的方法，制備出了一種納米型多孔結(jié)構(gòu)Pt〇2電極。該方法不 僅簡(jiǎn)便、易操作，而且能保證Pt〇2電極具備催化活性高、耐蝕性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，為原電池 催化劑改性方法及電極制備技術(shù)提供新的方向，推進(jìn)原電池的商業(yè)化進(jìn)程。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本發(fā)明Pt化粉末的沈M圖；
[001引圖2為本發(fā)明擔(dān)載Pt02漿料前后的銷(xiāo)網(wǎng)的SEM圖。
[0019] 圖3為本發(fā)明Pt化電極不同溫度熱處理后的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不W任何方式對(duì)本發(fā)明加W限制，基 于本發(fā)明教導(dǎo)所作的任何變更或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021] 所述銷(xiāo)網(wǎng)擔(dān)載氧化銷(xiāo)電極材料的結(jié)構(gòu)包括基底銷(xiāo)網(wǎng)（1)和Pt〇2活性層（2)。所述 基底銷(xiāo)網(wǎng)（1)銷(xiāo)網(wǎng)目數(shù)為60~80目，絲直徑0.09mm~0. 12mm，純度> 99. 9 % ;Pt〇2活性 層（2)中Pt〇2顆粒的粒徑范圍在300皿~2000皿，PtO2活性層厚度在0. 01mm~0. 05mm之 間，Pt含量 > 80. 00%。
[0022] 所述銷(xiāo)網(wǎng)擔(dān)載氧化銷(xiāo)電極材料采用漿料燒結(jié)的方法制備，具體制備方法包括如下 步驟：
[002引 （1)基底銷(xiāo)網(wǎng)的處理；W純度>99. 9%，絲直徑0.09臟~0. 12臟，目數(shù)為60~80 目的銷(xiāo)網(wǎng)為基底，用丙酬和己醇交替超聲清洗后，用離子束預(yù)瓣射清洗，離子束預(yù)瓣射清洗 中，本底真空優(yōu)于l0-4Pa，瓣射時(shí)惰性氣體工作氣壓為lxl0-申a至4xl0-申a。
[0024] 似氧化銷(xiāo)漿料的制備：取粉末粒徑范圍在250nm~1500nm的Pt〇2粉末和導(dǎo)電高 分子有機(jī)載體，按Pt〇2漿料中Pt的固含量為70%~90%的比例混合，研磨制備得到Pt〇2 漿料，研磨時(shí)間l〇-25min。
[00巧]做氧化銷(xiāo)電極的組裝：采用絲網(wǎng)印刷的方法將Pt化漿料附著于銷(xiāo)網(wǎng)上，Pt〇2活 性層厚度在0. 01mm~0. 05mm之間。；
[0026] (4)電極的熱處理；對(duì)擔(dān)載Pt〇2漿料的銷(xiāo)網(wǎng)進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為400~ 550°C，熱處理時(shí)間15~30min。
[0027] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明中銷(xiāo)網(wǎng)擔(dān)載氧化銷(xiāo)電極材料的制備方法進(jìn)行具體 說(shuō)明。
[00測(cè)實(shí)施例1
[0029] 本發(fā)明所述銷(xiāo)網(wǎng)擔(dān)載氧化銷(xiāo)電極材料通過(guò)如下步驟制得：
[0030] (1)基底材料的處理；W純度> 99. 9%，絲直徑0.09mm，目數(shù)為80目的銷(xiāo)網(wǎng)為基 底，用丙酬和己醇交替超聲清洗后，用離子束預(yù)瓣射清洗，離子束預(yù)瓣射清洗中，本底真空 為6xl〇-中a,瓣射時(shí)惰性氣體工作氣壓為2xl〇-2Pa。
[003U 似氧化銷(xiāo)漿料的制備：取粉末粒徑范圍在250nm~1700nm的Pt02粉末和導(dǎo)電高 分子有機(jī)載體，按Pt02漿料中Pt的固含量為70%的比例混合，研磨制備得到PtO2漿料，研 磨時(shí)間25min。
[0032] (3)氧化銷(xiāo)電極的組裝：采用絲網(wǎng)印刷的方法將Pt化漿料附著于銷(xiāo)網(wǎng)上；PtO2活 性層厚度在0. 02mm~0. 035mm之間。
[0033] (4)電極的熱處理；對(duì)擔(dān)載Pt〇2漿料的銷(xiāo)網(wǎng)進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為450°C，熱 處理時(shí)間20min。
[0034] 實(shí)施例2
[003引與實(shí)施例1不同之處在于，（1)W純度> 99. 9%，絲直徑0. 11~0. 12mm，目數(shù)為 60~70目的銷(xiāo)網(wǎng)為基底。（2)氧化銷(xiāo)電極的組裝中，Pt化活性層厚度在0. 025mm~0. 04mm 之間。（3)電極的熱處理溫度為550°C，熱處理時(shí)間15min。
[0036] 比較例1
[0037] 與實(shí)施例1不同之處在于，（1)氧化銷(xiāo)電極的組裝中，Pt〇2活性層厚度在 0. 005mm~0. 01mm之間；0)電極的熱處理溫度為350°C，熱處理時(shí)間30min。。
[003引通過(guò)沈M表征手段對(duì)使用上述方法制備的銷(xiāo)網(wǎng)擔(dān)載氧化銷(xiāo)電極材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)評(píng) 價(jià)；具體地，通過(guò)SEM分析銷(xiāo)網(wǎng)擔(dān)載氧化銷(xiāo)涂層厚度，表面微觀形貌，表面顆粒尺寸。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料，電極結(jié)構(gòu)包括基底鉑網(wǎng)（1)和Pto2活性層（2)，其 特征在于：所述基底鉑網(wǎng)（1)目數(shù)為60~80目；PtO2活性層（2)中PtO2顆粒的粒徑范圍 在300nm~2000nm ;卩1:02活性層厚度在0? Olmm~0? 05mm之間。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料，其特征在于：所述鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化 鉬電極材料的基底鉬網(wǎng)（1)絲直徑在〇. 〇9mm~0. 12mm之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料，其特征在于：所述鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化 鉑電極材料的基底鉑網(wǎng)（1)純度彡99. 9%，PtO2活性層（2)中Pt含量彡80. 00%。4. 一種如權(quán)利要求1所述的鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料的制備方法，其特征在于：所述 鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料由漿料燒結(jié)的方法制備得到，具體制備步驟如下：首先對(duì)基底鉑 網(wǎng)進(jìn)行離子束濺射清洗；其次取亞微米的PtO2粉末和導(dǎo)電高分子有機(jī)載體，按比例混合、 研磨制備得到PtO2漿料；再次采用絲網(wǎng)印刷的方法將PtO2漿料附著于鉑網(wǎng)上；最后對(duì)擔(dān)載 PtO2漿料的鉑網(wǎng)進(jìn)行熱處理。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料的制備方法，其特征在于：所述基底 鉑網(wǎng)進(jìn)行離子束濺射清洗，濺射時(shí)本底真空優(yōu)于KT4Pa,惰性氣體工作氣壓為IxKT2Pa~ 4xl(T2Pa，濺射時(shí)間 5-15min。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料的制備方法，其特征在于：所述亞微 米卩1:02粉末粒徑范圍在250nm~1700nm。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料的制備方法，其特征在于：所述PtO2 粉末和導(dǎo)電高分子有機(jī)載體，按PtO2漿料中Pt的固含量為70 %~90 %的比例混合，研磨 時(shí)間 10-25min。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料的制備方法，其特征在于：所述PtO2 漿料附著于鉑網(wǎng)后，熱處理溫度為400~550°C，熱處理時(shí)間15~30min。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料及其制備方法，所述鉑網(wǎng)擔(dān)載氧化鉑電極材料的結(jié)構(gòu)包括基底鉑網(wǎng)(1)和PtO2活性層(2)。所述基底鉑網(wǎng)(1)鉑網(wǎng)目數(shù)為60～80目，絲直徑0.09mm～0.12mm，純度≥99.9％；PtO2活性層(2)中PtO2顆粒的粒徑范圍在300nm～2000nm，PtO2活性層厚度在0.01mm～0.05mm之間，Pt含量≥80.00％。具體制備步驟如下：首先對(duì)基底鉑網(wǎng)進(jìn)行離子束濺射清洗；其次取亞微米的PtO2粉末和導(dǎo)電高分子有機(jī)載體，按比例混合、研磨制備得到PtO2漿料；再次采用絲網(wǎng)印刷的方法將PtO2漿料附著于鉑網(wǎng)上；最后對(duì)擔(dān)載PtO2漿料的鉑網(wǎng)進(jìn)行熱處理。本發(fā)明通的方法不僅簡(jiǎn)便、易操作，而且能保證PtO2電極具備催化活性高、耐蝕性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，為原電池催化劑改性方法及電極制備技術(shù)提供新的方向，推進(jìn)原電池的商業(yè)化進(jìn)程。
【IPC分類(lèi)】H01M4/92, H01M4/88
【公開(kāi)號(hào)】CN104900891
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510229047
【發(fā)明人】張俊敏, 沈月, 王傳軍, 譚志龍, 畢珺, 易偉, 聞明, 管偉明, 宋修慶
【申請(qǐng)人】昆明貴金屬研究所
【公開(kāi)日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月7日