[发明专利]一种聚天青C与聚苯胺双层膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种双层膜，尤其涉及一种聚天青C与聚苯胺双层膜及其制备方法，以及该双层膜在甲醇燃料电池阳极复合膜催化剂制备技术领域的应用。

背景技术

导电高聚物是一种新型的高分子材料，在电极材料、金属防腐材料、电致变色材料、发光二极管和固定酶材料等方面有广泛的应用。在众多的导电高分子中，聚苯胺以其合成原料较普遍易得、合成方法单一简单、生产成本较低，同时还具有良好的导电性、电致变色性、质子交换性和环境稳定性等特点，使其成为世界上研究最多、且最具有应用前景的导电高聚物材料，广泛用于可充电电池、电催化、电致变色装置、光电转换、超级大容器等领域。聚苯胺虽具有诸多优异的性能，但是其电化学性质深受pH值影响；例如在pH>4.0的溶液中，聚苯胺将失去电化学活性，这一弱点严重制约了聚苯胺的应用。

另外，直接甲醇燃料电池具有体积小、能量密度高、污染低、安全、使用方便等优点，已成为新能源领域的研究热点。目前，甲醇的电化学氧化主要以铂为主。但是，在酸性条件下阳极氧化动力学过程较慢、铂易被一氧化碳毒化，另外铂资源匮乏、价格昂贵。解决这一难题的一种方案是使用碱性电解质，因为在碱性条件下直接甲醇燃料电池阳极催化剂往往具有比在酸性条件下更高的活性，不存在一氧化碳使电催化剂中毒现象，而且可以使用非铂电催化剂，更有利于降低电催化剂的成本。因此，开发在非酸性条件下使用的新型价格低廉的非铂阳极电催化剂对于直接甲醇燃料电池商业化具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种具有高电化学活性的聚天青C与聚苯胺双层膜。

本发明的聚天青C与聚苯胺双层膜由于在pH>4.0的条件下仍具有高电化学活性，当pH从5.0上升到11.0时，它的电化学活性下只降了50.6％。在pH11.0的硫酸钠溶液中仍具有良好的电化学活性。同时，双层膜在上述溶液的pH范围内具有很宽的应用电位范围(-0.3～1.0V，vs.SCE)，故可用于比常规合成的聚苯胺更广的燃料电池、传感器、蓄电池、光电转化等领域。

该双层膜由以下制备方法获得。

本发明的第二目的是提供一种具有高电化学活性的聚天青C与聚苯胺双层膜的制备方法。

该双层膜的制备方法包括如下步骤：首先，取0.5mol.dm^-3硫酸和0.1-5mmol.dm^-3天青C水溶液配制第一电解液，再将该第一电解液加入由两铂片和一饱和甘汞电极参比电极构成的第一电解池中，利用循环伏安法合成的聚天青C修饰于铂片上；取0.5mol.dm^-3硫酸和0.1-0.3mol.dm^-3的苯胺水溶液配制第二电解液，再将该第二电解液加入由聚天青C修饰的铂片、裸铂片和一饱和甘汞电极参比电极构成的第二电解池中，利用循环伏安法合成聚天青C与聚苯胺双层膜。

其中，所述第一电解液为0.5mol.dm^-3硫酸和1.5-3.5mmol.dm^-3天青C水溶液配制第一电解液。

所述第二电解液为0.5mol.dm^-3硫酸和0.15-0.2mol..dm^-3的苯胺水溶液配制第二电解液。

在合成聚天青C时，所述循环伏安法扫描电位为-0.20-1.15V，扫描速率为40-80mV/s，电位扫描圈数为20-120圈。

在合成聚天青C与聚苯胺双层膜时，所述循环伏安法扫描电位为-0.20-1.10V，扫描速率为40-80mV/s，电位扫描圈数为5-40圈。

本发明的第三目的是提供聚天青C与聚苯胺双层膜在甲醇燃料电池的阳极电催化剂方面的应用。

具体为该双层膜用作甲醇燃料电池的阳极电催化剂，并对甲醇具有良好的电催化性能。

进一步地，该双层膜在酸性和中性硫酸钠溶液中对甲醇具有良好的电催化活性。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明首次合成聚天青C与聚苯胺双层膜，该双层膜在pH1.0～11.0的电解液中仍能保持良好的电化学活性，在酸性及中性溶液中对甲醇具有良好的电催化性能，并且合成方法方便控制，便于生产中的实际操作，生产的产品不仅可以应用于电催化领域，而且也可应用于燃料电池、传感器、蓄电池、光电转化等领域。

附图说明

图1a为聚天青C电化学聚合的循环伏安图，曲线上的数字代表相应的圈数；

图1b为聚天青C修饰电极在苯胺溶液中的电解图，曲线上的数字代表相应的圈数；