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申请/专利权人：华北电力大学

摘要：一种梯度孔隙催化层的质子交换膜电解池膜电极及制备方法，涉及到以铂碳、氧化铱为催化剂涂层的一种梯度叠层孔隙催化层的质子交换膜电解池膜电极的制备：在膜电极催化层膜侧及近扩散层侧实现不同孔隙的叠层催化结构，通过调整贵金属纳米颗粒和修饰电极全氟磺酸的比例、综合催化剂涂敷膜技术以及催化剂涂敷扩散层技术二者优点，使得膜电极性能显著提高，并呈现梯度孔隙和更好的表面润湿性，不仅大幅度提高膜电极催化层三项界面反应速率，而且操作简便，可连续制备大面积膜电极成品。设计思路同时还可以用于质子交换膜燃料电池的催化层设计，以及阴离子交换膜等催化剂等金属纳米颗粒沉积在膜两侧用于创造三项界面加快反应速率等领域。

主权项：1.一种梯度孔隙催化层的质子交换膜电解池膜电极的制备方法，该质子交换膜电解池膜电极的结构：质子交换膜和阴阳极扩散层之间的阴阳极催化层均分为两层，在近膜侧形成高载量、低孔隙率的催化层底层，在近扩散层侧形成高孔隙率、低载量的催化层上层来满足反应更高效的发生，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将40%PtC与5wt%的Nafion溶液按固体质量比4：1混合，将超纯水与异丙醇以体积比1:10先后加入，加入超纯水后，冰水浴超声后再次加入异丙醇，并保证所配催化剂浆料固含量2wt%，再次冰水浴超声，使得浆料内各物质均匀混合，将超声后的浆料在冰水浴下连续多次超声破碎，使得催化剂颗粒在溶剂中分散，形成阴极PtC催化剂悬浊液1；步骤2：将20%PtC与5wt%的Nafion溶液按固体质量比8:1混合，将IrO2与5wt%的Nafion溶液按固体质量比10:1混合，将IrO2与5wt%的Nafion溶液按固体质量比5：1~10：1混合，分别重复步骤1中过程，分别形成阴极PtC催化剂悬浊液2、阳极IrO2催化剂悬浊液3以及阳极IrO2催化剂悬浊液4；步骤3：将上述所有制备完成的浆液置于磁力搅拌等待备用；步骤4：将质子交换膜裁剪成若干面积的方块，在5wt%过氧化氢溶液中处理后用去离子水冲洗；在1molL硫酸溶液中处理后再用去离子水冲洗，使质子交换膜质子导率激活后放入鼓风干燥箱干燥备用，得到预处理后的质子交换膜；步骤5：将处理后的质子交换膜置于超声喷涂设备真空吸附加热板上，保持热板温度，确保膜面平整覆盖石英掩膜以确定喷涂中心位置，保证膜电极有效负载面积，设置氮气载气压力、浆料喷涂流量、喷头移动速度、将PtC催化剂悬浊液1和IrO2催化剂悬浊液3分别超声喷涂沉积在质子交换膜两侧，形成涂覆于质子交换膜两侧的催化层结构；步骤6：将阴极扩散层碳纸TorayH60及钛纤维毡进行切割，经丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗后，放入鼓风干燥备用；步骤7：设置氮气载气压力、浆料喷涂流量、喷头移动速度、将PtC催化剂悬浊液2和IrO2催化剂悬浊液4分别超声喷涂在阴极扩散层碳纸TorayH60以及钛纤维毡上，形成阴极催化层2及阳极催化层4，制备出阴阳极气体扩散电极；步骤8：将步骤7中所制得阴阳极气体扩散电极用PET薄膜热压塑封处理，阴阳极气体扩散电极每边热封装，将阴阳极气体扩散电极分别置于步骤5所制备的催化层两侧，放于金属压板中放入热压机，设置热板温度、压力、保压时间，制得质子交换膜电解水梯度孔隙结构膜电极。

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