[发明专利]涂层材料及其制备方法、应用和燃料电池电极、燃料电池

说明书

本发明公开了一种涂层材料及其制备方法、应用和燃料电池电极、燃料电池。该涂层材料，具有有序介孔结构，且具有相互呈70‑110°的孔道，优选为呈85‑95°的孔道。本发明依据模板剂和表面活性剂的独特性质，采用硬模板法首先将铂系金属和金属氧化物的前驱体填充到模板剂中，焙烧之后再除去模板剂，最终得到形貌特殊的比表面积大、脱氢活性好的电极涂层材料，可以有效的提高直接燃料电池的功率密度。

技术领域

本发明脱氢材料领域，涉及一种涂层材料及其制备方法、应用和燃料电池电极、燃料电池。

背景技术

随着经济的发展，能源的消耗不断增长，在发展绿色可再生能源的同时，还需要提高能源的生产能力和提高能源转换效率。在过去十年中，大量研究工作被用于寻找低污染、低成本的替代电源方案。在这个背景下，燃料电池技术是一种非常有吸引力的技术，燃料电池转换效率高而且排放无污染的特点，使其成为多种能源之间互相转换技术的有力竞争者。

尽管燃料电池有很多优点，但是氢源的供给即储氢技术通常被认为是其产业化应用的最大瓶颈。目前，高压其他储氢是最成熟也是最接近于美国能源部和欧盟的标准的技术，但是这种技术也有一些缺点：气态储氢需要较大体积的储氢罐，而且储氢压力越大，储氢罐的成本、重量也会越高，安全性也越差。低温液态储氢对于大规模储氢更为合适，对于小规模车载应用来说，液氢的汽化损耗和液化成本都太高。固态储氢技术目前离车载储氢技术要求也还有一定的差距。而有机液体(甲基环己烷，环己烷，全氢萘，十二氢氮乙基咔唑等)储氢技术由于储氢密度高，需要体积小，反应高度可逆，储氢载体可循环利用等优点，被视作合适的燃料电池氢气供给技术来源。

现有的有机液体储氢技术所需装置体积，重量仍然较大，脱氢时所需能量也很高，低温燃料电池的余热无法提供足够的热源。有机液体储氢材料的直接燃料电池则可以在电极表面将有机液体储氢材料中的氢能直接转换成电能，在省去额外的脱氢装置同时还可以降低脱氢所需的能量，具有较强的应用前景。

传统氢燃料电池电极催化剂一般为贵金属铂，铂的催化活性太强，在脱氢反应容易破坏储氢载体的基本结构并造成积碳失活。因此需要寻找一种可以打开碳氢键以释放储氢载体中氢能又不会破坏载体结构的材料来涂覆在燃料电池电极表面耦合脱氢。

第ⅤΒ族或第ⅥΒ族元素的氧化物具有较强的脱氢活性，同时还可以储存传导质子，从而可以直接将从储氢载体中脱出的氢质子传递到燃料电池电极，提高脱氢的效率。但是第ⅤΒ族或第ⅥΒ族元素的氧化物多为层状结构，比表面积小，不利于和反应物接触，因此活性较低，无法满足脱氢的需要。

近年来，纳米粒子和有序介孔材料制备技术得到了迅速的发展，使得可控合成此类材料成为可能。由于介孔氧化物材料不仅具有较高的比表面积和孔容而且组分及价态的可变性以及晶体网络结构等一些特殊性质，使其成为表面结构和多相催化等方面的重要研究对象。因此研发高比表面积的介孔金属氧化物及其制备方法具有重大的实用价值。

CN104310481A公开了一种多孔三氧化钼及其制备方法、加氢催化剂及脱氢催化剂。该多孔三氧化钼的制备方法包括：S1、制备含钼可溶性酸和/或含钼可溶性盐的水溶液；S2、向水溶液中加入具有三维立方介孔结构的模板材料，得到混合物；S3、将混合物干燥、煅烧，得到煅烧产物；以及S4、去除煅烧产物中的模板材料，得到多孔三氧化钼。该方法通过采用具有三维立方介孔结构的模板发冷。将含钼可溶性酸和/或含钼可溶性盐吸附在三维立方介孔洞中，经过后续处理就能够得到具有模板材料孔结构互补结构的多孔三氧化钼。