[发明专利]一种有序超薄催化层的制备方法及催化层和应用

摘要

本发明涉及了一种质子交换膜燃料电池有序超薄电极的制备方法,包含有序电极结构的制备以及超薄催化层的构建。在碳纸上浸渍退火得TiO2晶种后通过水热法生长TiO2纳米棒，并经过NH3刻蚀制备TiN有序阵列，在阵列上担载催化剂，构建有序超薄催化层，不含质子导体(如Nafion)。所构建的有序超薄催化层可用于质子交换膜燃料电池以及其它燃料电池与电化学器件。

主权项

1.一种有序超薄催化层的制备方法，其特征在于：包括有序电极结构的制备及超薄催化层的构建，制备方法如下：在碳纸上利用TiN阵列形成有序的电极结构，并将催化剂担载在有序载体的表面，形成超薄催化层；所述有序超薄催化层的制备方法具体包含以下步骤；1)配制浓度为0.05M‑0.2M的钛的前驱体水溶液，将碳纸用丙酮：乙醇：水的体积比为1:1:1的混合溶液清洗后，浸渍在上述钛的前驱体水溶液表面，浸渍10‑30min，使得碳纸单面浸渍钛的前驱体水溶液，或将钛的前驱体溶液制备成溶胶再用旋涂仪旋涂在碳纸上，空气中加热到300‑400℃退火10‑20min，得到带有TiO2晶种的碳纸；或通过磁控溅射或原子层沉积直接将TiO2晶种颗粒担载在碳纸上，得到带有TiO2晶种的碳纸；2)在去离子水中加入等体积的质量分数为37％‑38％的盐酸搅拌均匀后，加入钛的前驱体溶液，二者体积比为36:1，搅拌均匀，将步骤1)制备的带有TiO2晶种的碳纸放入上述溶液中，150℃‑200℃反应5h‑25h，得到带有TiO2阵列的碳纸；3)将步骤2)得到的带有TiO2阵列的碳纸放于马弗炉中500‑550℃焙烧1h‑2h，在通入50‑150ml/cm2氨气的条件下，800℃‑1000℃焙烧1‑6h,得到带有TiN阵列的碳纸；4)在步骤3)制得的带有有序TiN阵列的碳纸的TiN阵列一侧表面担载催化剂。