[发明专利]银/铂纳米催化剂修饰的Nafion复合膜及制备方法

说明书

银/铂纳米催化剂修饰的Nafion复合膜及制备方法，涉及Nafion复合膜。Nafion复合膜设有Nafion膜和银/铂双金属纳米催化剂，催化剂负载于Nafion膜上，催化剂直接生长在Nafion膜上。将Nafion膜浸泡于钠盐溶液中，得表面接有Na离子的Nafion‑Na⁺型膜；将Nafion‑Na⁺型膜浸泡于银盐溶液中，得表面接有Ag离子的Nafion‑Ag⁺型膜；将Nafion‑Ag⁺型膜浸入表面活性剂和还原剂的混合液中，混合液加热，加入反应引发剂反应，得表面生长Ag纳米颗粒的Nafion‑Ag型膜；Nafion‑Ag型膜浸泡于铂盐溶液中，得银/铂纳米催化剂修饰的Nafion复合膜。

技术领域

本发明涉及Nafion复合膜，尤其是涉及银/铂纳米催化剂修饰的Nafion复合膜及其制备方法。

背景技术

燃料电池是一种将燃料和氧化剂的化学能直接转变成为电能的能量转化装置。由于其具有能量转化率高、运行时的污染物少、噪音微弱等优点，被认为是新能源汽车动力的发展方向之一。然而，燃料电池的关键部件之一膜电极组件(membrane electrodeassembly,MEA)的造价十分昂贵，并且存在着输出功率不高、稳定性差等缺点，很大程度上阻碍了燃料电池的大规模应用。

MEA的造价之所以高昂，是因为其中使用了催化燃料电池电极反应的贵金属铂催化剂，而现今的铂催化剂对燃料电池阴极发生的氧气还原反应的催化活性不强，需要在MEA中大量使用铂催化剂才能保证MEA的输出功率满足实际应用的需求，这大大提高了MEA的成本。

这一问题的解决思路有两类，一类是改良铂催化剂，在降低铂金属用量的同时提高铂金属的本征催化活性，如M.Markovic发表在Science上的论文(Science,2007,315:493-497)报道了电催化活性远高于Pt单晶材料的Pt₃Ni合金材料；Tao等人发表的Journalof Power Sources论文(Journal of Power Sources,2017,365:17-25)报道了氧还原催化活性高于商业化Pt/C催化剂的Ag/Pt双金属催化剂。另一类是改良MEA的制备工艺，让MEA中的催化层结构更适于催化气体的反应。如将金属催化剂直接沉积在Nafion膜上的真空溅射法、化学沉积法和电化学沉积法等。Srinivasan等人曾报道过在质子交换膜上喷涂了Pt颗粒后制成的MEA的载量远低于传统方法制备的MEA，且MEA的催化层微观结构得到改善，具有一定的输出功率(Electrochim.Acta,1997,42:1587-1593)。可见这个方法具有一定的作用和实际应用上的潜力。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的上述技术问题，提供银/铂纳米催化剂修饰的Nafion复合膜及其制备方法。

所述银/铂纳米催化剂修饰的Nafion复合膜设有Nafion膜和银/铂双金属纳米催化剂，所述银/铂双金属纳米催化剂负载于Nafion膜上，所述银/铂双金属纳米催化剂的尺寸可为4～300nm，Pt负载量可调控，Nafion膜的厚度可为25～200μm。所述银/铂纳米催化剂修饰的Nafion复合膜以银/铂双金属材料为催化剂，降低了铂在催化剂中的用量，成本比使用纯铂的材料更低；并且银/铂双金属纳米催化剂直接生长在Nafion膜上，与Nafion膜紧密结合，更有利于质子在催化剂和Nafion膜之间的传导，另外，银/铂纳米催化剂修饰的Nafion复合膜可以直接与碳纸热压制成MEA，大大降低了MEA的制备难度，可以降低MEA的制作成本。该制备方法操作简单，可重复性高；所制备的复合膜具有低成本、较高的电催化活性和催化稳定性，可应用于燃料电池等能源领域。

所述银/铂纳米催化剂修饰的Nafion复合膜的制备方法包括以下步骤：

1)将Nafion膜浸泡于钠盐溶液中，得表面接有Na离子的Nafion-Na⁺型膜；