本發(fā)明涉及燃料電池催化劑載體材料領(lǐng)域，特別涉及一種導電高分子負載貴金屬復合催化劑及制備方法。
背景技術(shù)：
低溫燃料電池作為一種綠色能源轉(zhuǎn)換裝置已被廣泛應用于軍事指揮、交通運輸、無線電通訊、清潔電站、航天飛行、電動汽車、便攜式移動電源等領(lǐng)域。尤其在環(huán)境與能源問題日益突出的今天，對于燃料電池進一步的研究與開發(fā)仍具有重大的社會意義與美好的應用前景。雖然部分燃料電池(如質(zhì)子交換膜燃料電池)已經(jīng)實現(xiàn)了實際應用，但其成本、工作性能、轉(zhuǎn)換效率仍需進一步的改善。
燃料電池電極上的催化劑材料(包括金屬納米粒子催化劑和催化劑載體)作為催化反應的活性中心，是燃料電池中最核心的部件之一。它性能的優(yōu)劣直接影響著燃料電池的工作性能和轉(zhuǎn)換效率。其中，催化劑載體作為金屬納米粒子的支撐材料，其結(jié)構(gòu)與性能直接決定著金屬催化劑顆粒的粒徑大小、分散性、催化活性及穩(wěn)定性。炭黑作為一種傳統(tǒng)的燃料電池催化劑載體，具有較大的比表面積，然而其部分孔徑太小，不能與反應液進行充分的接觸，從而降低了催化劑的利用效率。另外，碳材料載體也容易被氧化腐蝕。因此，研究開發(fā)一種具有低成本、大比表面積、高穩(wěn)定性的新型催化劑載體對于燃料電池電極催化劑材料的進一步發(fā)展十分有必要。與傳統(tǒng)的碳材料載體相比，導電高分子作為新型催化劑載體具有以下優(yōu)點：1)易形成三維多孔結(jié)構(gòu)，有較高的比表面積；2)通過官能團的引入，可對其結(jié)構(gòu)及性能進行改進、調(diào)控；3)良好的電化學活性與高的抗氧化腐蝕能力；4)既能質(zhì)子導電又能電子導電的特性。因此導電高分子作為繼碳材料之后的一種新型催化劑載體為低溫燃料電池催化劑載體方面的研究開辟了一片新天地。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
在直接燃料電池領(lǐng)域，Pt是使用最好的貴金屬催化劑之一，被廣泛用來催化氧化有機小分子，如甲酸、甲醇等。本發(fā)明提供一種以聚5-氨基吲哚(PAIn)為載體，通過電化學法負載Pt制備成復合催化劑來催化甲酸氧化反應，具體制備步驟如下：
(1)0.02M AIn單體溶于0.5M硫酸水溶液中作為電解液進行電化學聚合實驗。工作電極為碳布(CC，0.6cm×0.5cm×360μm)或ITO導電玻璃，對電極為鉑絲，參比電極為飽和甘汞電極。實驗開始前，向電解液中鼓入氮氣10min以除去溶液中的氧氣。AIn的聚合實驗采用循環(huán)伏安法，電壓范圍為0.30～0.85V，掃描速率為50mV s-1。整個實驗在室溫下 進行。實驗結(jié)束后將PAIn修飾的CC電極(以下簡寫為PAIn/CC)取出，依次用0.5M硫酸水溶液、蒸餾水沖洗以除去表面的殘留物。
(2)配制3mM H2PtCl6+0.5M硫酸溶液作為電解液。將上述實驗中所得PAIn/CC插入3mM H2PtCl6+0.5M硫酸溶液中作為工作電極，對電極與參比電極同上述實驗。恒電位-0.2V條件下沉積一定電量的Pt于PAIn/CC電極的表面。所得修飾電極(以下簡寫為Pt/PAIn/CC)用蒸餾水多次沖洗后直接用于下面的實驗中。
(3)對修飾電極Pt/PAIn/CC進行性能測試。
本發(fā)明制備有益效果：(1)以碳布(CC)為工作電極，首次實現(xiàn)了AIn單體在水溶液中的電化學聚合；通過對其聚合機理的研究得出，AIn的聚合位點主要發(fā)生在C(2)與C(3)上，聚合物主鏈中結(jié)構(gòu)單元的連接方式有兩種，即23-式與2，2-3，3-式；另外，實驗表明所得聚合物PAIn具有良好的電化學活性與穩(wěn)定性。與Pt/CC相比，Pt/PAIn/CC對于甲酸電化學氧化的催化活性、穩(wěn)定性以及抗毒化能力均得到提高，這要歸因于PAIn載體的引入。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案實施過程，但本發(fā)明并不限于實施例中的描述。
實施例1
(1)0.02M AIn單體溶于0.5M硫酸水溶液中作為電解液進行電化學聚合實驗。工作電極為碳布或ITO導電玻璃，對電極為鉑絲，參比電極為飽和甘汞電極。實驗開始前，向電解液中鼓入氮氣10min以除去溶液中的氧氣。AIn的聚合實驗采用循環(huán)伏安法，電壓0.5V，掃描速率為50mV s-1。整個實驗在室溫下進行。實驗結(jié)束后將PAIn修飾的CC電極(以下簡寫為PAIn/CC)取出，依次用0.5M硫酸水溶液、蒸餾水沖洗以除去表面的殘留物。
(2)配制3mM H2PtCl6+0.5M硫酸溶液作為電解液。將上述實驗中所得PAIn/CC插入3mM H2PtCl6+0.5M硫酸溶液中作為工作電極，對電極與參比電極同上述實驗。恒電位-0.2V條件下沉積一定電量的Pt于PAIn/CC電極的表面。所得修飾電極(以下簡寫為Pt/PAIn/CC)用蒸餾水多次沖洗后直接用于下面的實驗中。
(3)對修飾電極Pt/PAIn/CC進行性能測試。
實施例2
(1)0.02M AIn單體溶于0.5M硫酸水溶液中作為電解液進行電化學聚合實驗。工作電極為碳布或ITO導電玻璃，對電極為鉑絲，參比電極為飽和甘汞電極。實驗開始前，向電解液中鼓入氮氣10min以除去溶液中的氧氣。AIn的聚合實驗采用循環(huán)伏安法，電壓0.85V，掃描速率為50mV s-1。整個實驗在室溫下進行。實驗結(jié)束后將PAIn修飾的CC電極(以下 簡寫為PAIn/CC)取出，依次用0.5M硫酸水溶液、蒸餾水沖洗以除去表面的殘留物。
(2)配制3mM H2PtCl6+0.5M硫酸溶液作為電解液。將上述實驗中所得PAIn/CC插入3mM H2PtCl6+0.5M硫酸溶液中作為工作電極，對電極與參比電極同上述實驗。恒電位-0.2V條件下沉積一定電量的Pt于PAIn/CC電極的表面。所得修飾電極(以下簡寫為Pt/PAIn/CC)用蒸餾水多次沖洗后直接用于下面的實驗中。
(3)對修飾電極Pt/PAIn/CC進行性能測試。
實施例3
(1)0.02M AIn單體溶于0.5M硫酸水溶液中作為電解液進行電化學聚合實驗。工作電極為碳布或ITO導電玻璃，對電極為鉑絲，參比電極為飽和甘汞電極。實驗開始前，向電解液中鼓入氮氣10min以除去溶液中的氧氣。AIn的聚合實驗采用循環(huán)伏安法，電壓0.30V，掃描速率為50mV s-1。整個實驗在室溫下進行。實驗結(jié)束后將PAIn修飾的CC電極(以下簡寫為PAIn/CC)取出，依次用0.5M硫酸水溶液、蒸餾水沖洗以除去表面的殘留物。
(2)配制3mM H2PtCl6+0.5M硫酸溶液作為電解液。將上述實驗中所得PAIn/CC插入3mM H2PtCl6+0.5M硫酸溶液中作為工作電極，對電極與參比電極同上述實驗。恒電位-0.2V條件下沉積一定電量的Pt于PAIn/CC電極的表面。所得修飾電極(以下簡寫為Pt/PAIn/CC)用蒸餾水多次沖洗后直接用于下面的實驗中。
(3)對修飾電極Pt/PAIn/CC進行性能測試。