專利名稱：一種復(fù)合型聚合物作為載體的催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以復(fù)合型聚合物做為載體的催化劑及其制備方法。所發(fā)明催化劑
具有導(dǎo)電和導(dǎo)質(zhì)子雙重功能，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，在光電、電池等工業(yè)領(lǐng)域具有非常廣 闊的潛在應(yīng)用價(jià)值。
背景技術(shù)：
質(zhì)子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell簡稱PEMFC)直接 把儲(chǔ)存在燃料和氧化劑內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，沒有環(huán)境污染，不受卡諾循環(huán)限制，能量轉(zhuǎn) 換效率遠(yuǎn)高于熱機(jī)。因此，將在分布式電站、電動(dòng)車和便攜式電源等方面具有廣泛的應(yīng)用前 景。PEMFC催化劑廣泛使用碳載鉑催化劑或碳載鉑釕合金催化劑，后者主要應(yīng)用于直接甲醇 燃料電池(DMFC)，以增強(qiáng)催化劑抗一氧化碳中毒的能力。 催化劑載體材料與催化劑鉑等活性物質(zhì)一樣對(duì)催化劑性能的發(fā)揮具有不可忽視 的重要作用。它不僅在結(jié)構(gòu)組成與傳質(zhì)方面扮演著為活性物質(zhì)提供巨大的比表面積和構(gòu)建 電子通道的角色，還能夠以不可忽視的載體效應(yīng)對(duì)主催化劑的性能產(chǎn)生明顯的輔助催化作 用。目前，燃料電池中的催化劑載體多為碳黑，如Cabot公司生產(chǎn)的Vulcan XC72。但制備 的Pt/C中Pt的利用率并不高，通常低于20%。這是因?yàn)榇罅康你K或鉑合金顆粒沉積在多 孔碳黑的微孔中，不能與質(zhì)子導(dǎo)體接觸，因此不利于形成更多三相反應(yīng)區(qū)。此外，碳黑的電 化學(xué)穩(wěn)定性較差，而燃料電池內(nèi)部的電化學(xué)環(huán)境比較惡劣，使碳黑容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，促 進(jìn)了鉑或鉑合金顆粒的流失或團(tuán)聚。而且碳黑的機(jī)械強(qiáng)度也不高。這些都限制了Pt基催 化劑在燃料電池中的應(yīng)用。 導(dǎo)電聚合物有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，常見的導(dǎo)電聚合物有聚吡咯(PPy)、聚苯胺 (PAn)、聚噻吩(PTh)等。如導(dǎo)電高分子聚苯胺(PAn)具有長鏈共軛結(jié)構(gòu)，并且質(zhì)子能在聚 苯胺分子長鏈上可逆摻雜，使得聚苯胺具有電子導(dǎo)電的性能。此外，聚苯胺在酸性條件下還 具有優(yōu)異的抗氧化性能。目前國內(nèi)已有導(dǎo)電聚合物應(yīng)用于燃料電池的報(bào)道。如武漢理工大 學(xué)木士春等人用導(dǎo)電聚苯胺作粘結(jié)劑修飾一維納米碳，然后再在其表面負(fù)載Pt等金屬催 化劑顆粒，制備燃料電池催化劑(ZL200510018287. 1)。 在質(zhì)子交換膜燃料電池的酸性工作條件下，導(dǎo)質(zhì)子聚合物通常具有比較好的導(dǎo)質(zhì) 子能力，如果用以修飾催化劑，可以較好地構(gòu)建質(zhì)子通道，有利于形成更多燃料電池電化學(xué) 反應(yīng)所需的三相反應(yīng)界面。為此，發(fā)明人采用導(dǎo)電子聚合物作為燃料電池催化劑載體構(gòu)建 催化劑(層)的電子通道，同時(shí)，對(duì)納米催化劑金屬顆粒加以導(dǎo)質(zhì)子聚合物修飾，制得具有 導(dǎo)電和導(dǎo)質(zhì)子的雙重功能催化劑。 目前，尚未有導(dǎo)電聚合物與導(dǎo)質(zhì)子復(fù)合型聚合物作為催化劑載體并合成催化劑的 相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的旨在提供一種由導(dǎo)電聚合物與導(dǎo)質(zhì)子聚合物構(gòu)成的復(fù)合型聚合物為載體的燃料電池催化劑。本發(fā)明的目的還提供該復(fù)合型聚合物及催化劑的制備方法。 本發(fā)明提供的復(fù)合型聚合物作為載體的燃料電池催化劑，與背景技術(shù)相比，具有
以下優(yōu)點(diǎn)1)催化劑載體具備優(yōu)異的抗腐蝕性能，以及良好的導(dǎo)電和導(dǎo)質(zhì)子雙重功能；2)
導(dǎo)電聚合物和導(dǎo)質(zhì)子聚合物作為粘結(jié)劑可提高催化劑金屬顆粒與載體間的結(jié)合力，使得催
化劑的耐久性得到提高。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案 —種以復(fù)合型聚合物為載體的燃料電池催化劑，其特征在于，所述的復(fù)合型聚合 物是由導(dǎo)電聚合物和導(dǎo)質(zhì)子聚合物共同構(gòu)成。 其中，所述的導(dǎo)質(zhì)子聚合物選自全氟磺酸樹脂、磺化聚砜類樹脂、磺化聚苯硫醚樹 脂(SPPS)、磺化聚苯并咪唑、磺化聚酰亞胺樹脂(SPIs)、磺化聚苯乙烯樹脂(SPS)或磺化聚 醚醚酮樹脂(SPEEK)。 所述的導(dǎo)電聚合物是聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩。 本發(fā)明的復(fù)合型聚合物為載體的燃料電池催化劑的制備方法，其特征是，先制備 導(dǎo)電聚合物與導(dǎo)質(zhì)子聚合物的復(fù)合型聚合物，然后負(fù)載金屬催化劑顆粒到復(fù)合型聚合物表 面，具體的制備步驟如下 步驟1 :將導(dǎo)質(zhì)子聚合物分散在醇水溶液中，然后加入導(dǎo)電聚合物單體，導(dǎo)質(zhì)子聚 合物與導(dǎo)電聚合物單體的質(zhì)量比O. 1 100 : l，充分?jǐn)嚢?，制得分散液?
步驟2 :將導(dǎo)電聚合物單體的聚合引發(fā)劑加入到步驟l所制的分散液中，保持溫度 在0 l(TC，反應(yīng)2 8小時(shí)使單體聚合完全，制得復(fù)合型聚合物； 步驟3 :將步驟2制備的復(fù)合型聚合物分散于醇水溶液中，加入金屬前驅(qū)體鹽溶 液，導(dǎo)電聚合物單體與金屬催化劑顆粒的質(zhì)量比為O. 1 100 : 1，在N2、He或Ar保護(hù)下充 分?jǐn)嚢瑁?0 IO(TC加熱回流30 60分鐘，制得復(fù)合型聚合物為載體的燃料電池催化劑；
其中所述的醇水溶液中醇與水的質(zhì)量比為O. 5 100 : 1，醇為甲醇、乙醇、丙醇、 乙二醇或異丙醇；所述的導(dǎo)電聚合物選自聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩；所述的導(dǎo)質(zhì)子聚合物 選自全氟磺酸樹脂、磺化聚砜類樹脂、磺化聚苯硫醚樹脂、磺化聚苯并咪唑、磺化聚酰亞胺 樹脂、磺化聚苯乙烯樹脂或磺化聚醚醚酮樹所述的聚合引發(fā)劑由氧化劑和質(zhì)子酸組成或單 獨(dú)由氧化劑構(gòu)成，其中氧化劑為過硫酸胺、過硫酸鉀、過硫酸鈉、重鉻酸鉀、重鉻酸鈉、三氯 化鐵、重鉻酸胺或雙氧水，質(zhì)子酸包括無機(jī)酸和有機(jī)酸兩類，無機(jī)酸為鹽酸、硝酸、硫酸或高 氯酸，有機(jī)酸為苯磺酸、十二烷基苯磺酸或全氟磺酸樹脂；所述的金屬催化劑中金屬為金屬 合金或金屬單質(zhì)，合金為MxNy或MxNyOz，其中x、 y、 z為催化劑中各金屬質(zhì)量比，其數(shù)值分 別為0 100中的自然數(shù)，且x+y = 100或x+y+z = 100，M、N、0分別為Pt、Ru、Pd、Rh、 Ir、 Os、Fe、Cr、Ni、Co、Mn、Cu、Ti、Sn、V、Ga、W或Mo金屬元素，M、N、0互不相同，金屬單質(zhì)為Pt、 Ru、Pd、Rh、 Ir或0s。 與現(xiàn)有的碳載鉑催化劑相比，本發(fā)明的催化劑是一種多功能催化劑，具有以下的 優(yōu)點(diǎn) 1.導(dǎo)電聚合物如聚苯胺在酸性環(huán)境下很穩(wěn)定，導(dǎo)電性能好，抗腐蝕能力強(qiáng)，可以提 高催化劑的使用壽命； 2.導(dǎo)質(zhì)子聚合物本身就是質(zhì)子導(dǎo)體，使制備的復(fù)合型聚合物同時(shí)具有較好的導(dǎo)電 和導(dǎo)質(zhì)子功能；
4
3.金屬納米粒子能較好地分散于聚合物表面，并與載體形成較好的結(jié)合力，使催 化劑的耐久性得到提高。


圖1為聚苯胺和Nafion構(gòu)成的復(fù)合型聚合物負(fù)載Pt催化劑的透射電鏡圖(TEM)。
其中Pt粒徑《5nm，平均粒徑2. 8nm，且分散性較好。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例詳述本發(fā)明
實(shí)施例1 取6ml Nafion(7Wt% )加入到100ml的異丙醇和水的混合溶液中，異丙醇和水的 質(zhì)量比為3 : 1，攪拌5 10min后再加入90wt^苯胺溶液0. 5g，攪拌20 40min。再將 過硫酸銨O. 6g及濃度為lmol/L的鹽酸溶液25ml加入到分散液中，在5t:下攪拌6小時(shí)，經(jīng) 過濾、醇洗，制得由聚苯胺和Nafion構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到150ml異丙醇和水 的混合溶液中，異丙醇和水的質(zhì)量比為3 : l，加入4g/L的H2PtCle80ml，用KOH調(diào)節(jié)ffl = 10，通入He，在98士2t:加熱回流50min，經(jīng)清洗、干燥，得到Pt催化劑。其中Pt粒徑《5nm， 平均粒徑2. 8nm，且分散性較好，結(jié)果見附圖1。
實(shí)施例2 取10ml磺化聚砜(9wt% )加入到200ml的乙二醇和水的混合溶液中，乙二醇和水 的質(zhì)量比為2 : 1，攪拌6 10min后再加入90wt^苯胺溶液2g，攪拌30 40min。再將 重鉻酸鉀lg及濃度為lmol/L的硫酸溶液15ml加入到分散液中，在Ot:下攪拌7小時(shí)，經(jīng) 過濾、醇洗，制得由聚苯胺和磺化聚砜構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到200ml乙二醇和水 的混合溶液中，乙二醇和水的質(zhì)量比為2 : 1，加入6g/L的H2PtCl640ml，6g/LRuCl340ml，用 KOH調(diào)節(jié)ra = 9，通入N2，在95士2。C加熱回流40min，經(jīng)清洗、干燥，得到PtRu催化劑。其 中PtRu平均粒徑4. lnm，且分散性較好。
實(shí)施例3 取8ml磺化聚苯硫醚(6wt% )加入到100ml的異丙醇和水的混合溶液中，異丙醇 和水的質(zhì)量比為1 : 2，攪拌5 10min后再加入95wt^吡咯溶液4g，攪拌30min。再將雙 氧水2. 5g及濃度為2mol/L的苯磺酸溶液30ml加入到分散液中，在l(TC下攪拌5小時(shí)，經(jīng) 過濾、醇洗，制得由聚吡咯和磺化聚苯硫醚構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到250ml異丙醇 和水的混合溶液中，異丙醇和水的質(zhì)量比為1 : 2，加入5g/L的H2PtCl6 60ml，5g/L的IrCl3 30ml，用NaOH調(diào)節(jié)PH = 11，通入He，在90士5。C加熱回流50min，經(jīng)清洗、干燥，得到Ptlr 催化劑。其中Ptlr平均粒徑4. Onm，且分散性較好。
實(shí)施例4 取12ml磺化聚苯并咪唑(8wt% )加入到250ml的乙醇和水的混合溶液中，乙醇和 水的質(zhì)量比為3 : l，攪拌10 15min后再加入90wt^吡咯溶液2g，攪拌20 40min。再 將重鉻酸胺0. 5g及濃度為1. 5mol/L的硝酸溶液20ml加入到分散液中，在5t:下攪拌3小 時(shí)，經(jīng)過濾、醇洗，制得由聚吡咯和磺化聚苯并咪唑構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到200ml 乙醇和水的混合溶液中，乙醇和水的質(zhì)量比為3 : l，加入4g/L的H2PtCl6 80ml，4g/L的Co (N03) 255ml，用K0H調(diào)節(jié)= 10，通入Ar，在95士5。C加熱回流35min，經(jīng)清洗、干燥，得到 PtCo催化劑。其中PtCo平均粒徑3. 7nm，且分散性較好。
實(shí)施例5 取7ml磺化聚酰亞胺(10wt % )加入到200ml的乙醇和水的混合溶液中，乙醇和水 的質(zhì)量比為3 : 2，攪拌5 10min后再加入80wt^噻吩溶液0. 8g，攪拌30 40min。再 將三氯化鐵3g加入到分散液中，在0t:下攪拌7小時(shí)，經(jīng)過濾、醇洗，由聚噻吩和磺化聚酰 亞胺構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到150ml乙醇和水的混合溶液中，乙醇和水的質(zhì)量比 為3 : 2，加入4g/L的H2PtCl6 100ml，4g/L的PdCl260ml，用NaOH調(diào)節(jié)PH二9，通入N2，在 90士2t:加熱回流40min，經(jīng)清洗、干燥，得到PtPd催化劑。其中PtPd平均粒徑3. 6nm，且分
散性較好。 實(shí)施例6 取15ml磺化聚苯乙烯(6wt% )加入到150ml的乙二醇和水的混合溶液中，乙二 醇和水的質(zhì)量比為4 : 3，攪拌8 10min后再加入90wt^噻吩溶液3g，攪拌30min。再將 三氯化鐵6g加入到分散液中，在5t:下攪拌6小時(shí)，經(jīng)過濾、醇洗，制得由聚噻吩和磺化聚 苯乙烯構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到250ml乙二醇和水的混合溶液中，乙二醇和水的 質(zhì)量比為2 : 1 ，加入6g/L的H2PtCl660ml ， 6g/L的PdCl220ml ， 6g/L的CoCl230ml ，用KOH調(diào) 節(jié)^= 10，通入He，在95士2。C加熱回流50min，經(jīng)清洗、干燥，得到PtPdCo催化劑。其中 PtPdCo平均粒徑4. 9nm，且分散性較好。
實(shí)施例7 取10ml磺化聚醚醚酮(9wt% )加入到200ml的甲醇和水的混合溶液中，甲醇和水 的質(zhì)量比為80 : 1，攪拌5 10min后再加入90wt^苯胺溶液2. 5g，攪拌20 40min。再 將過硫酸鈉1. 5g及濃度為lmol/L的硝酸溶液30ml加入到分散液中，在l(TC下攪拌6小 時(shí)，經(jīng)過濾、醇洗，制得由聚苯胺和磺化聚醚醚酮構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到250ml 甲醇和水的混合溶液中，甲醇和水的質(zhì)量比為80 : l，加入10g/L的PdCl2 80ml，10g/L的 FeCl350ml，用K0H調(diào)節(jié)K1 = 9，通入He，在90士2。C加熱回流40min，經(jīng)清洗、干燥，得到PdFe 催化劑。其中PdFe平均粒徑4. lnm，且分散性較好。
實(shí)施例8 取8ml Nafion(4wt% )加入到150ml的乙醇和水的混合溶液中，乙醇和水的質(zhì) 量比為4 : l，攪拌10min后再加入90wt^吡咯溶液1.5g，攪拌20 40min。再將過硫酸 鈉1. Og及濃度為lmol/L的硝酸溶液20ml加入到分散液中，在Ot:下攪拌6小時(shí)，經(jīng)過濾、 醇洗，制得由聚吡咯和Nafion構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到250ml乙醇和水的混合 溶液中，乙醇和水的質(zhì)量比為2 : 1，加入5/L的PdCl2 80ml，5/L的Co(N03)2 60ml，5/L的 MnCl260ml，用KOH調(diào)節(jié)ra = 10，通入N2，在98士2。C加熱回流40min，經(jīng)清洗、干燥，得到 PdCoMn催化劑。其中PdCoMn平均粒徑4. 9nm，且分散性較好。
實(shí)施例9 取10ml磺化聚砜(6wt% )加入到100ml的異丙醇和水的混合溶液中，異丙醇和水 的質(zhì)量比為l : 1，攪拌9min后再加入95wt^吡咯溶液0.8g，攪拌35 40min。再將雙氧 水1. 7g及濃度為lmol/L的鹽酸溶液25ml加入到分散液中，在Ot:下攪拌6小時(shí)，經(jīng)過濾、 醇洗，制得由聚吡咯和磺化聚砜構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到150ml異丙醇和水的混合溶液中，異丙醇和水的質(zhì)量比為1 : 1，加入4g/L的H2PtCle 50ml，4g/L的RuCl350ml，4g/ L的Co(N03)2 50ml用NaOH調(diào)節(jié)PH = ll，通入He，在IO(TC加熱回流40min，經(jīng)清洗、干燥， 得到PtRuCo催化劑。其中PtRuCo平均粒徑4. 6nm，且分散性較好。
實(shí)施例10 取5ml磺化聚苯硫醚(7wt% )加入到200ml的乙二醇和水的混合溶液中，乙二醇 和水的質(zhì)量比為2 : 3，攪拌5 10min后再加入95wt^苯胺溶液0. 8g，攪拌20 40min。 再將過硫酸銨0. 8g及濃度為lmol/L的高氯酸溶液25ml加入到分散液中，在Ot:下攪拌6 小時(shí)，經(jīng)過濾、醇洗，制得由聚苯胺和磺化聚苯硫醚構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到200ml 乙二醇和水的混合溶液中，乙二醇和水的質(zhì)量比為2 : 3，加入6g/L的PdCl2 10ml，6g/L的 IrCl3 10ml，用NaOH調(diào)節(jié)ra = 10，通入He，在98士2。C加熱回流40min，經(jīng)清洗、干燥，得到 Pdlr催化劑。其中Pdlr平均粒徑3. 8nm，且分散性較好。
實(shí)施例11 取25ml磺化聚苯并咪唑(9wt % )加入到150ml的丙醇和水的混合溶液中，丙醇和 水的質(zhì)量比為5 : 2，攪拌5 10min后再加入95wt^噻吩溶液0. 8g，攪拌25min。再將三 氯化鐵4g加入到分散液中，在5t:下攪拌5小時(shí)，經(jīng)過濾、醇洗，制得由聚噻吩和磺化聚苯并 咪唑構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到150ml丙醇和水的混合溶液中，丙醇和水的質(zhì)量比 為5 : 2，加入7g/L的H2PtCl6 20ml，5g/L的Co(N03)215ml，5g/L的化,04151111，用NaOH調(diào) 節(jié)ra = 10，通入Ar，在90士2。C加熱回流40min，經(jīng)清洗、干燥，得到經(jīng)PtCoW催化劑。其中 PtCoW平均粒徑4. 8nm，且分散性較好。
實(shí)施例12 取10ml磺化聚酰亞胺(10wt% )加入到120ml的甲醇和水的混合溶液中，甲醇和 水的質(zhì)量比為100 : l，攪拌10min后再加入95wt^苯胺溶液2. 0g，攪拌20 30min。再 將過硫酸鉀1. 5g及濃度為lmol/L的硫酸溶液30ml加入到分散液中，在l(TC下攪拌3小 時(shí)，經(jīng)過濾、醇洗，制得由聚苯胺和磺化聚酰亞胺構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到250ml 甲醇和水的混合溶液中，甲醇和水的質(zhì)量比為100 : 1，加入6g/L的PdCl2 30ml，6g/L的， SnCl320ml，用NaOH調(diào)節(jié)PH = 10，通入N2，在95。C加熱回流60min，經(jīng)清洗、干燥，得到PdSn 催化劑。其中PdSn平均粒徑3. 8nm，且分散性較好。
實(shí)施例13 取15ml磺化聚苯乙烯(4wt% )加入到100ml的異丙醇和水的混合溶液中，異丙醇 和水的質(zhì)量比為3 : 2，攪拌6min后再加入95wt^噻吩溶液.0. lg，攪拌30 40min。再 將三氯化鐵0. 8g加入到分散液中，在5t:下攪拌7小時(shí)，經(jīng)過濾、醇洗，制得由聚噻吩和磺 化聚苯乙烯構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到250ml異丙醇和水的混合溶液中，異丙醇和 水的質(zhì)量比為3 : 2，加入6g/L的H2PtCl6 60ml，4g/L的FeCl3 20ml，用KOH調(diào)節(jié)PH = 9， 通入He，在98士2t:加熱回流40min，經(jīng)清洗、干燥，得到PtFe催化劑。其中PtFe平均粒徑 3. 5nm，且分散性較好。
實(shí)施例14 取7ml磺化聚醚醚酮(8wt% )加入到150ml的乙醇和水的混合溶液中，乙醇和水 的質(zhì)量比為1 : l，攪拌5 10min后再加入90wt^吡咯溶液10g，攪拌20 40min。再將 0. 6g重鉻酸鉀及濃度為lmol/L的苯磺酸溶液20ml加入到分散液中，在(TC下攪拌7小時(shí)，
7經(jīng)過濾、醇洗，制得由聚吡咯和磺化聚醚醚酮構(gòu)成的復(fù)合型聚合物。將其分散到200ml乙醇 和水的混合溶液中，乙醇和水的質(zhì)量比為2 : 1，加入5g/L的H2PtCle 150ml，5g/L的PdCl2 50ml，5g/L的MnCl230ml，用KOH調(diào)節(jié)PH = 10，通入He，在95士5。C加熱回流50min，經(jīng)清洗、 干燥，得到PtPdMn催化劑。其中PtPdMn平均粒徑4. 6nm，且分散性較好。
權(quán)利要求
一種以復(fù)合型聚合物為載體的燃料電池催化劑，其特征在于，所述的復(fù)合型聚合物是由導(dǎo)電聚合物和導(dǎo)質(zhì)子聚合物共同構(gòu)成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合型聚合物為載體的燃料電池催化劑，其特征在于，所述 的導(dǎo)電聚合物選自聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合型聚合物為載體的燃料電池催化劑，其特征在于，所述 的導(dǎo)質(zhì)子聚合物選自全氟磺酸樹脂、磺化聚砜類樹脂、磺化聚苯硫醚樹脂、磺化聚苯并咪 唑、磺化聚酰亞胺樹脂、磺化聚苯乙烯樹脂或磺化聚醚醚酮樹脂。
4. 權(quán)利要求1所述的復(fù)合型聚合物為載體的燃料電池催化劑的制備方法，其特征是， 先制備導(dǎo)電聚合物與導(dǎo)質(zhì)子聚合物的復(fù)合型聚合物，然后負(fù)載金屬催化劑顆粒到復(fù)合型聚合物表面，具體的制備步驟如下步驟1 :將導(dǎo)質(zhì)子聚合物分散在醇水溶液中，然后加入導(dǎo)電聚合物單體，導(dǎo)質(zhì)子聚合物 與導(dǎo)電聚合物單體的質(zhì)量比O. 1 100 : l，充分?jǐn)嚢?，制得分散液；步驟2 :將導(dǎo)電聚合物單體的聚合引發(fā)劑加入到步驟1所制的分散液中，保持溫度在 0 l(TC，反應(yīng)2 8小時(shí)使單體聚合完全，制得復(fù)合型聚合物；步驟3 :將步驟2制備的復(fù)合型聚合物分散于醇水溶液中，加入金屬前驅(qū)體鹽溶液，導(dǎo)電聚合物單體與金屬催化劑顆粒的質(zhì)量比為0. 1 100 : l，在N2、He或Ar保護(hù)下充分?jǐn)?拌，90 IO(TC加熱回流30 60分鐘，制得復(fù)合型聚合物為載體的燃料電池催化劑；其中所述的醇水溶液中醇與水的質(zhì)量比為O. 5 100 : 1，醇為甲醇、乙醇、丙醇、乙二 醇或異丙醇；所述的導(dǎo)電聚合物選自聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩；所述的導(dǎo)質(zhì)子聚合物選自 全氟磺酸樹脂、磺化聚砜類樹脂、磺化聚苯硫醚樹脂、磺化聚苯并咪唑、磺化聚酰亞胺樹脂、 磺化聚苯乙烯樹脂或磺化聚醚醚酮樹；所述的聚合引發(fā)劑由氧化劑和質(zhì)子酸組成或單獨(dú)由 氧化劑構(gòu)成，其中氧化劑為過硫酸胺、過硫酸鉀、過硫酸鈉、重鉻酸鉀、重鉻酸鈉、三氯化鐵、 重鉻酸胺或雙氧水，質(zhì)子酸包括無機(jī)酸和有機(jī)酸兩類，無機(jī)酸為鹽酸、硝酸、硫酸或高氯酸， 有機(jī)酸為苯磺酸、十二烷基苯磺酸或全氟磺酸樹脂；所述的金屬催化劑中金屬為金屬合金 或金屬單質(zhì)，合金為MxNy或MxNyOz，其中x、 y、 z為催化劑中各金屬質(zhì)量比，其數(shù)值分別為 0 100中的自然數(shù)，且x+y = 100或x+y+z = 100， M、N、0分另U為Pt、 Ru、 Pd、 Rh、 Ir、0s、 Fe、Cr、Ni、Co、Mn、Cu、Ti、Sn、V、Ga、W或Mo金屬元素，M、N、 0互不相同，金屬單質(zhì)為Pt、Ru、 Pd、Rh、 Ir或0s。
全文摘要
一種復(fù)合型聚合物作為載體的催化劑。其復(fù)合型聚合物由導(dǎo)電聚合物與導(dǎo)質(zhì)子聚合物共同構(gòu)成。本催化劑的制備方法將導(dǎo)質(zhì)子聚合物分散在醇水溶液中，然后加入導(dǎo)電聚合物單體，導(dǎo)質(zhì)子聚合物與導(dǎo)電聚合物單體的質(zhì)量比0.1～100∶1，充分?jǐn)嚢?，制得分散液；將?dǎo)電聚合物單體的聚合引發(fā)劑加入到所制的分散液中，保持溫度在0～10℃，反應(yīng)2～8小時(shí)使單體聚合完全，制得復(fù)合型聚合物；將該復(fù)合型聚合物分散于醇水溶液中，加入金屬前驅(qū)體鹽溶液，導(dǎo)電聚合物單體與金屬催化劑顆粒的質(zhì)量比為0.1～100∶1，在N2、He或Ar保護(hù)下充分?jǐn)嚢瑁?0～100℃加熱回流30～60分鐘，即制得催化劑。本催化劑具有導(dǎo)電和導(dǎo)質(zhì)子功能，抗腐蝕性能好，催化劑金屬顆粒與載體間的結(jié)合力強(qiáng)，催化劑的耐久性高。
文檔編號(hào)H01M4/90GK101716530SQ200910272918
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者何大平, 曾潮, 木士春, 潘牧 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)