[发明专利]一种有序化气体扩散电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种有序化气体扩散电极，其特征在于：

包括气体扩散层和基于气体扩散层的多孔骨架结构催化层，多孔骨架结构催化层附着于气体扩散层一侧表面，且微观上具有规则的孔隙结构。

2.如权利要求1所述气体扩散电极，其特征在于：

所述多孔骨架结构催化层是以Nafion聚离子为骨架，于Nafion聚离子上附着有催化剂；所述催化剂为担载型Pt或Pt合金的纳米粒子。

3.如权利要求1所述气体扩散电极，其特征在于：

所述具有规则的孔隙结构为于扩散层一侧表面纳米骨架形成均匀分布的孔隙，且孔隙之间相互连通，孔径大小为0.5微米至10微米。

4.如权利要求1所述气体扩散电极，其特征在于：

所述气体扩散层由支撑层和微孔层组成；所述支撑层为碳纸或碳布；所述微孔层为XC-72碳粉、BP000、乙炔黑碳粉、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的一种或两种以上混合PTFE和/或Nafion后通过刮涂、刷涂或喷涂至支撑层表面制得；所述多孔骨架结构催化层附着于气体扩散层的微孔层一侧表面。

5.如权利要求2所述任一气体扩散电极，其特征在于：

所述担载型Pt或Pt合金的纳米粒子中，载体材料为XC-72碳粉、BP000、乙炔黑碳粉、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、氧化石墨中的一种或二种以上；Pt合金为PtCo、PtFe、PtNi、PtRu、PtPd、PtSn、PtPb中的一种；催化剂中Pt或Pt合金纳米粒子担载量为5-75wt.%。

6.如权利要求2所述任一气体扩散电极，其特征在于：

所述催化层中Nafion聚离子的质量百分含量为5-85%。

7.一种权利要求1-6任一所述气体扩散电极的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤，

a.多孔骨架结构复合前体浆液的制备：

采用离子交换法将Pt前体盐、或Co、Fe、Ni、Pd、Ru、Sn、Pb中任一一种的前体盐与Pt的前体盐的混合溶液离子交换至载体表面；再与Nafion聚离子溶液混合，浓缩至固含量为5-20wt.%，形成制备多孔骨架结构的浆液；

b.催化层的冷冻干燥还原制备：

将上述步骤a所得浆液制备于气体扩散层表面，置于冷冻干燥器中冷冻干燥24-48小时；取出后于氢气气氛下、200-500℃还原2-8小时，得多孔骨架结构催化层。

8.如权利要求7所述气体扩散电极的制备方法，其特征在于：

步骤a中，所述离子交换方法具体为将载体于水溶液中分散均匀，加入Pt前体盐、或Co、Fe、Ni、Pd、Ru、Sn、Pb中任一一种的前体盐与Pt的前体盐的混合溶液，60-90℃条件下反应24-72小时；

步骤a中，所述Pt前体盐或前体盐的混合溶液的盐浓度为1-20mg/mL；

步骤a中，所述Nafion聚离子占固含量的比例为5-85%。

9.如权利要求8所述气体扩散电极的制备方法，其特征在于：

步骤a中，所述载体为XC-72碳粉、BP000、乙炔黑碳粉、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、氧化石墨中的一种或二种以上；所述载体浓度为0.01-1wt.%。

10.一种权利要求1-5任一所述气体扩散电极的应用，其特征在于：该电极可用作质子交换膜燃料电池、直接液体燃料电池、金属空气电池、质子交换膜型水电解池中的气体扩散电极。