[发明专利]一种用于电解水的具有双金属层阳极的膜电极及其制备方法

摘要

本发明涉及一种用于电解水的具有双金属层阳极的膜电极及其制备方法。所述膜电极由阴极催化层、阳极催化层和质子交换膜组合而成；所述阴极催化层是由薄层铂组成；所述阳极催化层是由铂金属薄层和铱金属薄层构成的双金属层组成；所述质子交换膜为Nafion 115膜。所述阴极催化层和阳极催化层是通过离子交换‑还原沉积法将金属离子依次还原沉积在质子交换膜上形成的；所述阴极催化层为纯铂金属层，所述阳极催化层为Pt/Ir双金属层。本发明技术制得的膜电极具有催化层与固体电解质结合紧密牢固、电解水活性高、电极稳定性好等重要优点。本发明制得的双金属层阳极的电解水过电位显著低于单金属层阳极和铂铱合金阳极。

主权项

1.一种用于电解水的具有双金属层阳极的膜电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）将质子交换膜用纯水浸泡，取出吸干表水，用工装夹具夹好，使得质子交换膜的两面各形成一个空腔，用于催化层的交换沉积；2） 取Pt（NH3）4Cl2或其它含铂离子溶液, 加入到拟定为阳极的一侧的空腔，使铂离子与质子交换膜表层的氢离子交换，交换时间为1‑3小时；所述交换的次数为1~3次；3）交换完成后，移除含铂离子溶液，然后加入硼氢化钠溶液，室温下保持3‑5小时，使交换到质子交换膜表面的铂离子还原析出形成一层铂的薄膜；完成阳极铂催化层的制备；4）阳极铱催化层的制备由以下二种方法中的一种完成，方法1：取三氯化铱或其它含铱溶液，加入阳极侧空腔，使铱离子与质子交换膜表面的氢离子发生交换反应，然后移去交换后的溶液，加入硼氢化钠溶液，使交换到质子交换膜表面的铱离子发生还原，在铂催化层的表面生成铱催化剂层；方法2：在铂催化层表面生成铱催化层采用电沉积方法完成，将氯铱酸钠溶液或氯铱酸铵溶液，加入硼酸；以铂片作为阳极，以步骤3）制备的电极为阴极，通电使铱沉积在铂层之上，制得双金属层的阳极；5）膜电极的阴极制备方法为：取Pt（NH3）4Cl2或其它含铂离子溶液，加入到拟定为阴极的一侧的空腔，使铂离子与质子交换膜表层的氢离子交换，交换时间为1‑3小时；所述交换的次数为1~3次；交换完成后，移除含铂离子溶液，然后加入硼氢化钠溶液，室温下保持3‑5小时，使交换到质子交换膜表面的铂离子还原析出形成一层铂的薄膜；完成阴极铂催化层的制备；6）阴极和阳极催化层制备完成之后，将电极从工装模具取下，置于H2SO4溶液中，交换出去金属离子Na+和K+，使膜电极重新质子化。