[发明专利]膜电极催化层、气体传感器的制备方法和气体传感器

权利要求书

1.一种膜电极催化层的制备方法，包括：配置包含催化剂的料浆，用配置的料浆制备膜电极的催化层；其特征在于，所述配置包含催化剂的料浆具体包括：

将碳载催化剂加水湿润；

对碳粉颗粒进行亲水处理，使得所述碳粉颗粒之间紧密堆积；

根据碳粉颗粒紧密堆积后的占空比，碳载催化剂的质量比，和当前使用的碳载催化剂的质量，计算出填充所述紧密堆积的碳粉颗粒之间孔隙的有机质子导体的质量；

将质量大于或者等于所述计算出的有机质子导体的质量的有机质子导体，加入到亲水处理后的混合料浆中；

搅拌当前的混合料浆，从而得到所述包含催化剂的料浆。

2.根据权利要求1所述的一种膜电极催化层的制备方法，其特征在于，所述碳载催化剂中，催化剂颗粒均匀分布在碳粉颗粒周围。

3.根据权利要求1所述的一种膜电极催化层的制备方法，其特征在于，所述碳载催化剂为碳载铂，所述将碳载催化剂加水湿润之前，所述方法还包括：

对碳粉颗粒上的羟基进行均匀化处理；

将均匀化处理的后的碳粉加入包含有Pt²⁺的缓冲溶液中，制备出碳载铂。

4.根据权利要求1所述的一种膜电极催化层的制备方法，其特征在于，所述用配置的料浆制备膜电极的催化层，具体包括：

将料浆涂布干燥，且控制干燥后形成的膜电极的催化层的厚度在0.5～5微米。

5.根据权利要求1所述的一种膜电极催化层的制备方法，其特征在于，所述碳载催化剂为碳载铂，所述有机质子导体为Nafion树脂；所述根据碳粉颗粒紧密堆积后的占空比，碳载催化剂的质量比，和当前使用的碳载催化剂的质量，计算出填充所述紧密堆积的碳粉颗粒之间孔隙的有机质子导体的质量，具体包括：

根据碳粉颗粒六方紧密堆积后的占空比为74.1∶25.9，碳载铂的质量比，和当前使用的碳载铂的质量，计算出填充所述紧密堆积的碳粉颗粒之间孔隙的Nafion树脂的质量。

6.根据权利要求1所述的一种膜电极催化层的制备方法，其特征在于，所述碳载催化剂为碳载铂，所述有机质子导体为Nafion树脂；所述根据碳粉颗粒紧密堆积后的占空比，碳载催化剂的质量比，和当前使用的碳载催化剂的质量，计算出填充所述紧密堆积的碳粉颗粒之间孔隙的有机质子导体的质量，具体包括：

由于所述碳粉颗粒大小不均一，导致紧密堆积后的碳粉颗粒之间的孔隙减小，其中，六方紧密堆积后的孔隙是减小后的孔隙的1.1倍，从而获得紧密堆积后的占空比为3.26；

根据所述紧密堆积后的占空比为3.26，碳载铂的质量比，和当前使用的碳载铂的质量，计算出填充所述紧密堆积的碳粉颗粒之间孔隙的Nafion树脂的质量。

7.根据权利要求6所述的一种膜电极催化层的制备方法，其特征在于，所述预置的质量比的碳载铂为：铂与碳的质量的百分比为30％的碳载铂(30％的Pt/C)；

则所述根据所述紧密堆积后的占空比为3.26，碳载铂的质量比，和当前使用的碳载铂的质量，计算出填充所述紧密堆积的碳粉颗粒之间孔隙的Nafion树脂的质量，具体包括：

根据所述占空比为3.26，碳载铂的质量比，和当前使用的碳载铂的质量，获知所述紧密堆积的碳粉颗粒之间孔隙的空间的体积，其中，Pt颗粒的体积忽略不计；

根据Nafion树脂的密度，和所述紧密堆积的碳粉颗粒之间孔隙的空间的体积，获知填充所有孔隙所需Nafion树脂的质量。

8.根据权利要求1所述的一种膜电极催化层的制备方法，其特征在于，所述用配置的料浆制备膜电极的催化层，具体包括：

将配置的所述料浆在30～90℃加热，将变稠后的料浆直接涂覆在所述膜电极的质子交换膜上，或者，直接涂覆在所述膜电极的整平层上，形成膜电极的催化层。

9.一种制备气体传感器的方法，包括制备用于装被测气体的气体室，制备用于装标准气体的气体室，和制备膜电极及所述膜电极的外电路；其特征在于，所述制备膜电极中的催化层的方法具体包括如权利要求1至8任一项所述的一种膜电极催化层的制备方法。

10.根据权利要求9所述的一种制备气体传感器的方法，其特征在于，所述制备膜电极中的扩散层，具体包括：

采用浓度为20％～60％的特氟龙作为扩散层材料。

11.一种气体传感器，包括，第一气体室、第二气体室、膜电极和外电路，其特征在于，所述膜电极中的催化层采用如权利要求1至8任一项所述的方法制备；

所述第一气体室，用于装被测气体；

所述第二气体室，用于装预先设定的标准气体；

所述膜电极位于所述第一气体室和所述第二气体室之间，所述被测气体和所述标准气体在所述膜电极上进行电化学反应；

所述外电路，用于将所述膜电极上进行的电化学反应中阳极产生的电子传输到阴极，为阴极侧催化层上进行的电化学反应提供电子。