的方案中單表面粘附有催化劑前驅(qū)體溶液的炭纖維紙置于烘箱中，在50?80°C溫度條件下烘干2?5h。
[0029]本發(fā)明的方案制得的碳纖維紙單表面原位生長(zhǎng)有碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)具有從微米尺度孔隙到納米尺度孔隙的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)。
[0030]本發(fā)明的方案通過一端設(shè)計(jì)了夾具的細(xì)石墨桿件將沉積有催化劑前驅(qū)體的炭纖維紙固定在化學(xué)氣相沉積爐的反應(yīng)室中央，同時(shí)通過一系列的石墨桿件，調(diào)節(jié)基體法線與入射氣流方向之間的夾角。
[0031]本發(fā)明的方案采取將炭纖維紙的沉積有催化劑前驅(qū)體的表面面對(duì)入射氣流方向，以消除氣體在炭纖維紙內(nèi)部擴(kuò)散對(duì)碳納米纖維生長(zhǎng)的影響。
[0032]本發(fā)明的方案中在生長(zhǎng)碳納米纖維的過程中，通過將反應(yīng)室抽真空，再充滿氮?dú)庵脸旱奶幚恚员ＷC將反應(yīng)室中的空氣排盡。
[0033]本發(fā)明還提供了所述制備方法制得的炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，其特征在于，作為燃料電池的擴(kuò)散層應(yīng)用于制備燃料電池。
[0034]優(yōu)選的應(yīng)用方法是將炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的具有碳納米纖維薄膜的表面置于燃料電池催化層一側(cè)，未生長(zhǎng)碳納米纖維一側(cè)置于燃料電池雙極板一側(cè)。
[0035]本發(fā)明還提供了炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)作為燃料電池的擴(kuò)散層在燃料電池中的安裝方式:將炭纖維紙生長(zhǎng)了碳納米纖維的一側(cè)安裝于燃料電池的催化層一側(cè)，將未生長(zhǎng)碳納米纖維的一側(cè)安裝于燃料電池雙極板一側(cè)，改善電池的傳輸管理。
[0036]本發(fā)明的有益效果:
[0037]1、通過本發(fā)明方法制備出來的炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)具有從微米尺度孔隙到納米尺度孔隙的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)，且碳納米纖維薄膜的厚度、密度和微孔結(jié)構(gòu)都均勻。
[0038]2、本發(fā)明的方法通過化學(xué)沉積催化劑，再結(jié)合原位生長(zhǎng)碳納米纖維，各材料之間結(jié)合緊密，穩(wěn)定性好。
[0039]3、本發(fā)明的方案，在生長(zhǎng)碳納米纖維過程中，通過對(duì)入射氣流方向與基底法線之間的夾角的調(diào)控，能有效調(diào)控碳納米纖維薄膜的厚度、密度和微孔結(jié)構(gòu)等微觀生長(zhǎng)特征。
[0040]4、本發(fā)明方案制得的炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)作為燃料電池的氣體擴(kuò)散層，能有效提高燃料電池的三相傳輸性能和電化學(xué)綜合性能，并降低燃料電池的生成成本。
[0041]5、本發(fā)明的方法具有操作簡(jiǎn)單、成本低、高效、集成化、易規(guī)?；奶攸c(diǎn)。
【附圖說明】
[0042]【圖1】為本發(fā)明制備炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的工藝流程圖；
[0043]【圖2】為本發(fā)明制備炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的具體操作示意圖；
[0044]【圖3】為本發(fā)明實(shí)施例1中單表面沉積有硝酸鎳的炭纖維紙的表面SHM圖；
[0045]【圖4】為本發(fā)明方案中在生長(zhǎng)有碳納米纖維過程中化學(xué)氣相沉積室示意圖；
[0046]【圖5】是本發(fā)明實(shí)施例2中單表面沉積有硝酸鎳的炭纖維紙經(jīng)過高溫分解反應(yīng)和還原反應(yīng)后的SEM圖；
[0047]【圖6】為本發(fā)明實(shí)施例3中炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的相關(guān)圖譜，a?e依次為的宏觀光學(xué)圖、截面SEM圖、表面SEM圖、TEM圖、以及HRTEM圖；
[0048]【圖7】是本發(fā)明實(shí)施例4中炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的宏觀光學(xué)圖；
[0049]【圖8】是本發(fā)明實(shí)施例5中炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的HRTEM 圖；
[0050]【圖9】是本發(fā)明實(shí)施例6中炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的HRTEM 圖。
[0051]【圖10】是本發(fā)明實(shí)施例6中炭纖維紙單面原位氣相生長(zhǎng)碳納米纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)組裝單電池性能圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]以下具體實(shí)施例旨在結(jié)合說明書附圖對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步說明，而不是限制本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
[0053]實(shí)施例1
[0054]步驟參見圖2。
[0055](a)吸水紙浸涂催化劑前驅(qū)體體溶液階段:
[0056]將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt %的硝酸鎳催化劑軀體水溶液超聲分散5min后，將吸水紙展開浸泡于硝酸镲水溶液。浸泡3min后將吸水紙沿一端從溶液中以2cm/s的速度勻速提出，使吸水紙中充分吸收一層均勻的硝酸鎳催化劑軀體溶液。
[0057](b)炭纖維紙一側(cè)粘附催化劑軀體溶液并烘干階段:
[0058]隨后將浸涂硝酸鎳水溶液的吸水紙平鋪在炭纖維紙表面，用玻璃棒將吸水紙沿炭纖維紙一端勻速滾壓至另一端，沿不同方向重復(fù)8次以排出吸水紙與炭纖維紙間的氣泡。隨后將吸水紙沿炭纖維紙一端以2cm/s的速度從炭纖維紙表面勻速揭開，在炭纖維紙表面覆蓋一層均勻的硝酸鎳軀體水溶液。將一側(cè)涂覆硝酸鎳水溶液的炭纖維紙置于烘箱中，在80°C下烘干3h。烘干后炭纖維紙表面涂覆硝酸鎳軀體的SEM照片見圖3。從圖3可知，炭纖維紙的碳纖維和樹脂碳表面都覆蓋了一層均勻的硝酸鎳薄膜。
[0059]實(shí)施例2
[0060]反應(yīng)裝置參見圖4。
[0061](a)和(b)階段的工藝參數(shù)同實(shí)施例1，(C)采用自制裝置將炭纖維紙固定在化學(xué)氣相沉積爐階段按如下進(jìn)行:
[0062]將烘干后的炭纖維紙用一根一端設(shè)計(jì)了夾具的細(xì)石墨桿件將其短邊夾住并固定在化學(xué)氣相沉積爐的反應(yīng)室中央，以作為基底在有催化劑軀體溶液的一側(cè)生長(zhǎng)碳納米纖維。通過準(zhǔn)備一系列石墨桿件，允許炭纖維紙以不同的沉積角固定，從而考查沉積角對(duì)炭纖維紙表面?zhèn)髻|(zhì)過程和大面積碳納米纖維生長(zhǎng)特征的影響。在本實(shí)施例中設(shè)沉積角為0°。
[0063](d)將催化劑軀體熱還原階段按如下進(jìn)行:
[0064]將固定在反應(yīng)室中的炭纖維紙的涂覆了硝酸鎳軀體溶液的一側(cè)面對(duì)入射氣流方向，以消除氣體在炭纖維紙內(nèi)部擴(kuò)散對(duì)碳納米纖維生長(zhǎng)的影響。碳納米纖維的沉積過程中，先將反應(yīng)室抽真空，再充滿氮?dú)庵脸骸５獨(dú)饬髁靠刂圃?L/min，并在400°C焙燒2h將硝酸鎳以分解成鎳的氧化物。隨后氮?dú)饬髁空{(diào)為2L/min，并通入氫氣2L/min，在450°C保持2h，將鎳的氧化物還原成單質(zhì)鎳。最后在氮?dú)鈿夥障陆抵潦覝亍?br>[0065]圖5給出了硝酸鎳熱解還原成單質(zhì)鎳的SM圖。從圖5得知，原來的硝酸鎳薄膜變成了分散的單質(zhì)鎳納米顆粒。這些鎳催化劑納米顆粒通過范德華力粘附在碳纖維和樹脂碳表面，尺寸在幾納米到幾百納米之間，分散均勻且分布的密度較大。
[0066]實(shí)施例3
[0067]參見圖6a?6e。
[0068](a)、(b)和(C)階段的工藝參數(shù)同實(shí)施例2，(d)將催化劑軀體熱還原階段并化學(xué)氣相沉積碳納米纖維階段按如下進(jìn)行:
[0069]將固定在反應(yīng)室中的炭纖維紙的涂覆了硝酸鎳軀體溶液的一側(cè)面對(duì)入射氣流方向，以消除氣體在炭纖維紙內(nèi)部擴(kuò)散對(duì)碳納米纖維生長(zhǎng)的影響。碳納米纖維的沉積過程中，先將反應(yīng)室抽真空，再充滿氮?dú)庵脸?。氮?dú)饬髁靠刂圃?L/min，并在400°C焙燒2h將硝酸鎳以分解成鎳的氧化物。隨后氮?dú)饬髁空{(diào)為2L/min，并通入氫氣2L/min，在450°C保持2h，將镲的氧化物還原成單質(zhì)镲。再關(guān)閉氫氣，氮?dú)饬髁勘３?L/min，在700°C通入丙稀作為碳源氣體生長(zhǎng)碳納米纖維，碳源氣體流量為0.6L/min，生長(zhǎng)時(shí)間為40min。最后沉積爐在氮?dú)鈿夥障陆抵潦覝亍?br>[0070]所獲得的炭纖維紙一側(cè)生長(zhǎng)碳納米纖維的光學(xué)圖如圖6a所示，炭纖維紙表面完全被黑色的碳納米纖維所覆蓋，顯示了最好的宏觀均勻性。其截面SEM圖如圖6b所示，碳納米纖維完全覆蓋在炭纖維紙表面而未生長(zhǎng)至其內(nèi)部，具有約25 μπι的一致的生長(zhǎng)厚度，且生長(zhǎng)密集，之間相互纏繞并形成納米孔隙。其表面SEM圖如圖6c所示，碳納米纖維的直徑約40