[发明专利]一种PEM水电解池催化剂负载的扩散层及其制备方法

权利要求书

1.一种PEM水电解池催化剂负载的扩散层，其特征在于，包括金属扩散层基体，中间层和催化活性层；所述金属扩散层基体为钛纤维毡或多孔钛；所述中间层为Ta₂O₅和Pt的混合物，所述催化活性层为IrO₂和Ta₂O₅混合氧化物涂层。

2.根据权利要求1所述的一种PEM水电解池催化剂负载的扩散层，其特征在于，所述金属扩散层基体厚度为0.5～1.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种PEM水电解池催化剂负载的扩散层，其特征在于，所述中间层中，Pt的负载量为0.2～2mg cm^-2，以Ta₂O₅形式存在的元素Ta的摩尔比为20～40％，所述中间层厚度为0.1～1μm。

4.根据权利要求1所述的一种PEM水电解池催化剂负载的扩散层，其特征在于，所述催化活性层中，以IrO₂形式存在的元素Ir负载量为1～3mg cm^-2，元素Ta的摩尔比为20％～40％，所述活性层厚度为0.5～5μm。

5.基于权利要求1所述的一种PEM水电解池催化剂负载的扩散层的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：

(1)、将钛纤维毡或多孔钛进行预处理；

(2)、配制涂敷液A：将20％～40％摩尔百分比的钽源、60％～80％摩尔百分比的铂源依次溶解于有机溶剂中，室温搅拌形成打底液；

(3)、配制涂敷液B：将60％～80％摩尔百分比的铱源、20％～40％摩尔百分比的钽源混合溶解于有机溶剂中，室温搅拌形成活性液；

(4)、涂刷烧结：步骤(1)预处理后的钛纤维毡经过干燥后，在表面先进行涂敷液A涂刷烧结，再进行涂敷液B涂刷烧结，得到所述PEM水电解池催化扩散层。

6.根据权利要求5所述的一种PEM水电解池催化剂负载的扩散层的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)对钛纤维毡或多孔钛表面进行预处理，具体包括：

(1.1)对钛纤维毡或多孔钛进行表面除油；

(1.2)将钛纤维毡或多孔钛在质量浓度为3～15％的稀盐酸中浸泡3～5min；

(1.3)将钛纤维毡或多孔钛在质量浓度为5～10％的草酸溶液中煮沸5～20min；

(1.4)将钛纤维毡或多孔钛进行清洗，保存在无水乙醇中待用。

7.根据权利要求5所述的一种PEM水电解池催化剂负载的扩散层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)、步骤(3)的钽源均选自五氯化钽正丁醇溶液、丁二醇钽、乙醇钽中的任意一种。

8.根据权利要求5所述的一种PEM水电解池催化剂负载的扩散层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的铂源选自氯铂酸、四氯化铂、氧化铂中的任意一种；

所述步骤(3)的铱源选自氯铱酸、三氯化铱、溴铱酸中的任意一种。

9.根据权利要求5所述的一种PEM水电解池催化剂负载的扩散层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)、步骤(3)中的有机溶剂相同，选用正丁醇、异丙醇、乙醇中的任意一种或其混合物。

10.根据权利要求5所述的一种PEM水电解池催化剂负载的扩散层的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)涂刷烧结，具体包括：

(4.1)在预处理后的钛纤维毡上涂刷配制好的涂敷液A，自然晾干后置于60～100℃烘箱中使溶剂完全挥发；

(4.2)将步骤(4.1)处理后的钛纤维毡置于450～520℃马弗炉中烧结10～25min，取出，待冷却至室温；

(4.3)重复步骤(4.1)，使得涂敷液A总的涂刷厚度为0.1～1μm，将处理后的钛纤维毡置于450～520℃马弗炉中烧结50～75min，取出，冷却至室温；

(4.4)在步骤(4.3)处理后的钛纤维毡涂刷配置好的涂敷液B，自然晾干后置于60～100℃烘箱中使溶剂完全挥发；

(4.5)将步骤(4.4)处理后的钛纤维毡置于450～520℃马弗炉中烧结10～25min，取出，冷却至室温；

(4.6)重复步骤(4.4)，使得涂敷液B的总涂刷厚度为0.5～5μm；将涂刷后的钛纤维毡在450～500℃的马弗炉中保温30-90min取出，自然冷却至室温。