一种Pt@MOF-801/Nafion复合膜及其制备方法和应用

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种pt@mof-801/nafion复合膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、质子交换膜燃料电池作为新型能源的典型代表，集高转换效率、清洁无污染、无振动噪音低等优点于一身，可广泛的应用于日常生活、军事、交通运输等领域。

2、膜电极是燃料电池的核心组件，由催化层、质子交换膜和气体扩散层组成，直接决定了燃料电池的性能、寿命及成本。其中，质子交换膜的材料需要满足起到质子传导和阻隔燃料的要求，目前应用最多的是全氟磺酸质子交换膜，比如杜邦公司的nafion膜。

3、膜电极催化层主要是含铂(pt)催化剂，但铂是地壳中最稀少的元素之一，价格高昂。铂催化剂的使用大幅提升了燃料电池的成本，阻碍了燃料电池的商业化，且存在膜电极电导率低的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种pt@mof-801/nafion复合膜及其制备方法和应用。本发明提供的pt@mof-801/nafion复合膜电导率高。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种pt@mof-801/nafion复合膜，包括mof-801/nafion复合膜以及负载在所述mof-801/nafion复合膜一侧表面的铂层，所述铂层在pt@mof-801/nafion复合膜中的负载量为0.001～3wt.％，所述mof-801/nafion复合膜中mof-801的负载量为0.05～30wt.％。

4、本发明还提供了上述技术方案所述的pt@mof-801/nafion复合膜的制备方法，包括以下步骤：

5、将nafion膜进行预清洗，得到预清洗nafion膜；

6、将所述预清洗nafion膜浸泡在mof-801溶液中，得到mof-801/nafion复合膜；

7、将所述mof-801/nafion复合膜一侧表面浸泡于可溶性硫酸盐溶液中，另一侧表面浸泡于可溶性铂盐溶液中，然后用nabh4溶液替换所述可溶性铂盐溶液进行还原反应，得到所述pt@mof-801/nafion复合膜。

8、优选地，所述可溶性铂盐溶液的浓度为0.01～10mm，ph值为8～14。

9、优选地，所述可溶性铂盐溶液中的铂盐包括二氯四氨合铂、二氯化铂、四氯化铂、氯铂酸和氯铂酸钾中的一种或多种。

10、优选地，所述可溶性硫酸盐溶液的浓度为0.001～0.8m，ph值为0.1～5。

11、优选地，所述nabh4溶液的浓度为0.01～2m，ph值为8～14。

12、优选地，所述还原反应的温度为10～80℃，时间为0.5～14h。

13、优选地，所述还原反应的时间为1～9h。

14、优选地，所述还原反应后还包括进行后清洗，所述后清洗使用1～15mol/l的hclo4溶液，所述后清洗的时间为6～60h。

15、本发明还提供了上述技术方案所述的pt@mof-801/nafion复合膜或上述技术方案所述制备方法制得的pt@mof-801/nafion复合膜作为质子交换膜在燃料电池中的应用。

16、本发明提供了一种pt@mof-801/nafion复合膜，包括mof-801/nafion复合膜以及负载在所述mof-801/nafion复合膜一侧表面的铂层，所述铂层在pt@mof-801/nafion复合膜中的负载量为0.001～3wt.％，所述mof-801/nafion复合膜中mof-801的负载量为0.05～30wt.％。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

18、本发明中，mof-801是一种金属有机框架材料(mof)，具有多孔特性，能够有效吸附质子载体，提供质子传递的有效活性位点，可在内部形成质子快速传递的有效路径，且mof-801具有在水溶液和酸性条件下稳定、耐氟离子的特性，是优良的多孔载体备选材料，mof-801的掺杂以及pt的负载有助于质子传导性能的提升。同时，铂层提高了催化层与膜的粘合强度，降低了两层之间的界面阻力，有利于潜在的燃料电池用催化剂的应用。

19、本发明还提供了上述技术方案所述pt@mof-801/nafion复合膜的制备方法，本发明利用化学沉积方法还能够获得薄的pt层，避免用作pt支撑的碳材料的使用。

技术特征：

1.一种pt@mof-801/nafion复合膜，其特征在于，包括mof-801/nafion复合膜以及负载在所述mof-801/nafion复合膜一侧表面的铂层，所述铂层在pt@mof-801/nafion复合膜中的负载量为0.001～3wt.％，所述mof-801/nafion复合膜中mof-801的负载量为0.05～30wt.％。

2.权利要求1所述的pt@mof-801/nafion复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性铂盐溶液的浓度为0.01～10mm，ph值为8～14。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性铂盐溶液中的铂盐包括二氯四氨合铂、二氯化铂、四氯化铂、氯铂酸和氯铂酸钾中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述可溶性硫酸盐溶液的浓度为0.001～0.8m，ph值为0.1～5。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述nabh4溶液的浓度为0.01～2m，ph值为8～14。

7.根据权利要求2或6所述的制备方法，其特征在于，所述还原反应的温度为10～80℃，时间为0.5～14h。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述还原反应的时间为1～9h。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述还原反应后还包括进行后清洗，所述后清洗使用1～15mol/l的hclo4溶液，所述后清洗的时间为6～60h。

10.权利要求1所述的pt@mof-801/nafion复合膜或权利要求2～9任一项所述制备方法制得的pt@mof-801/nafion复合膜作为质子交换膜在燃料电池中的应用。

技术总结本发明提供了一种Pt@MOF‑801/Nafion复合膜及其制备方法和应用，属于燃料电池技术领域。本发明的Pt@MOF‑801/Nafion复合膜包括MOF‑801/Nafion复合膜以及负载在所述MOF‑801/Nafion复合膜一侧表面的铂层，所述铂层在Pt@MOF‑801/Nafion复合膜中的负载量为0.001～3wt.％，所述MOF‑801/Nafion复合膜中MOF‑801的负载量为0.05～30wt.％。本发明中，MOF‑801是一种金属有机框架材料，具有多孔特性，能够有效吸附质子载体，提供质子传递的有效活性位点，可在内部形成质子快速传递的有效路径，且MOF‑801具有在水溶液和酸性条件下稳定、耐氟离子的特性，是优良的多孔载体备选材料，MOF‑801的掺杂以及Pt的负载有助于质子传导性能的提升。技术研发人员：张凤,万成安,文陈,梁晓强受保护的技术使用者：哈尔滨师范大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25