[发明专利]膜电极的制备方法

权利要求书

1.一种膜电极的制备方法，首先制备阴极和阳极，再将阴极、阳极和Nafion中间膜组合制成三明治结构，其特征在于阴极的制备方法如下：

(1)采用电化学聚合方式在碳纸扩散层表面形成规则排列的纳米线聚合物催化剂前体；

(2)将聚合物催化剂前体在氩气保护下，经200-300℃活化处理2h，得到聚合物催化剂；

(3)将Nafion乳液和PTFE乳液分别加入活性碳，在超声波下分散2h，分别用喷枪在不同方向交错喷涂Nafion乳液和PTFE乳液多次，每次喷涂完成均需要真空干燥；

(4)再用胶层Nafion乳液喷涂，制得外胶层，制得阴极。

2.根据权利要求1所述的膜电极的制备方法，其特征在于纳米线聚合物有聚吡咯掺杂过渡金属元素、聚苯胺掺杂过渡金属元素、聚合酞菁配合物和聚合卟啉配合物。

3.根据权利要求2所述的膜电极的制备方法，其特征在于聚吡咯的电化学聚合方式：

环境条件：溶剂为纯水，电解质为高氯酸锂，工作电极为涂有扩散层的碳纸，参比电极为饱和甘汞电极；

向含有0.3～0.5mol/L的吡咯的溶液中通氮气15～35min，然后，在0.7～0.9V下，恒电位聚合70～120s，得到聚吡咯纳米线，得到的聚吡咯纳米线在金属盐溶液中在0.5～0.9V下电沉积得到聚吡咯纳米线掺杂过渡金属元素的催化剂前体。

4.根据权利要求2所述的膜电极的制备方法，其特征在于聚苯胺的电化学聚合方式：

环境条件：溶剂为纯水，电解质为高氯酸锂，工作电极为涂有扩散层的碳纸，参比电极为饱和甘汞电极；

向浓度为0.5～0.8mol/L的苯胺的溶液中通氮气15～35min，然后，在0.7～0.90V下恒电位聚合120～149s，得到聚苯胺纳米线，得到的聚苯胺纳米线在金属盐溶液中在0.5～0.9V下电沉积得到聚苯胺纳米线掺杂过渡金属元素的催化剂前体。

5.根据权利要求2所述的膜电极的制备方法，其特征在于聚合酞菁配合物中聚合酞菁过渡金属配合物的电化学聚合方式：

以涂有扩散层的碳纸为工作电极，以二甲基甲酰胺为溶剂，电解质为四丁基高氯酸铵，Ag/AgCl为参比电极，聚合前通N₂除氧，采用0.1～0.5mol/L的4，4′，4″，4′″-四氨基酞菁过渡金属配合物二甲基甲酰胺溶液中，四丁基高氯酸铵浓度为0.2～1.0mol/L，聚合电位0.8～1.5V，聚合时间30～200min。

6.根据权利要求2所述的膜电极的制备方法，其特征在于聚合卟啉过渡金属配合物的电化学聚合方式：

以涂有扩散层的碳纸为工作电极，以二甲基甲酰胺为溶剂，电解质为四丁基高氯酸铵，Ag/AgCl为参比电极，采用0.1～0.6mol/L的5，10，15，20-四氨基卟啉过渡金属配合物二甲基甲酰胺溶液中，四丁基高氯酸铵浓度为0.1～0.6mol/L，聚合电位0.88～1.25V，聚合时间60～200min。

7.根据权利要求1～6任一权利要求所述的膜电极的制备方法，其特征在于：

Nafion乳液的重量浓度为1～3％，PTFE乳液的重量浓度为2～4％，活性碳加入量为5～10mg/5mL乳液。

8.根据权利要求7所述的膜电极的制备方法，其特征在于胶层Nafion乳液的重量浓度为3～5wt％。

9.根据权利要求7所述的膜电极的制备方法，其特征在于喷涂不同乳液需要按照固定的不同方向，且每次方向相同，乳液的真空干燥温度为70～120℃。