[0031] 以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
[0032] 实施例1
[0033] (1)按重量份将3份铁粉与20份硝酸混合,待铁粉完全溶解后,加入2份苯甲酸和1份氢氟酸,搅拌均匀后进行水热处理,水热温度控制在98℃,在经过离心分离沉淀,离心分离的转速控制在500rpm,过滤滤出沉淀,再通过冷冻干燥,冷冻干燥的处理温度为-40℃,气压控制在700Pa,得到金属-有机框架晶体材料;
[0034] (2)将所述金属-有机框架晶体材料加入干法球磨机中,球磨的介质球为刚玉介质,球磨机转速控制在800rpm,球磨粉碎得到粒径为300μm骨架结构的金属-有机框架粉体;
[0035] (3)将碳纤维层第一面涂覆粒径为50nm的Pt纳米粒子,碳纤维层中碳纤维长径比为50,直径为10μm,按照金属-有机框架粉体与Pt纳米粉质量比为0.8:1取金属-有机框架粉体,将金属-有机框架粉体与涂覆Pt纳米粉碳纤维层的背面进行热压复合,加热至200℃,加载压力为1.5 Mpa,进行热压处理,使金属-有机框架粉体均匀镶嵌在碳纤维载体背面,形成点阵吸附层,得到金属-有机框架粉体修饰的燃料电池催化剂。
[0036] 将本实施例中制备的金属-有机框架粉体修饰的燃料电池催化剂分别作为电池的阳极和阴极,制备为成效面积为5cm2单电池,单电池在室温(25℃)下的输出功率密度最高可达26.2mW/cm2 ,在燃料气 (100ppmCO/H2 ) 流量为50ml/min,空气流量为600ml/min,操作压力均为0.1MPa,电池温度为 60℃条件下,对电池进行活化后5min后,连续工作100小时后,测得输出功率密度最高可达26.0mW/cm 2,电池电流未有明显变化,其抗CO中毒效果明显。
[0037] 实施例2
[0038] (1)按重量份将7份铁粉与18份硝酸混合,待铁粉完全溶解后,加入2份苯二甲酸和1份氢氟酸,搅拌均匀后进行水热处理,水热温度控制在85℃,在经过离心分离沉淀,离心分离的转速控制在2000rpm,过滤滤出沉淀,再通过冷冻干燥,冷冻干燥的处理温度为-34℃,气压控制在10Pa,得到金属-有机框架晶体材料;
[0039] (2)将所述金属-有机框架晶体材料加入干法球磨机中,球磨的介质球为刚玉介质,球磨机转速控制在800rpm,球磨粉碎得到粒径为120μm骨架结构的金属-有机框架粉体;
[0040] (3)将碳纤维层第一面涂覆粒径为100nm的Pt纳米粒子,碳纤维层中碳纤维长径比为50,直径为100μm,按照金属-有机框架粉体与Pt纳米粉质量比为0.8:1取金属-有机框架粉体,将金属-有机框架粉体与涂覆Pt纳米粉碳纤维层的背面进行热压复合,加热至250℃,加载压力为0.9 Mpa,进行热压处理,使金属-有机框架粉体均匀镶嵌在碳纤维载体背面,形成点阵吸附层,得到金属-有机框架粉体修饰的燃料电池催化剂。
[0041] 将本实施例中制备的金属-有机框架粉体修饰的燃料电池催化剂分别作为电池的阳极和阴极,制备为成效面积为5cm2单电池,单电池在室温(25℃)下的输出功率密度最高可达35.4mW/cm 2 ,在燃料气 (100ppmCO/H2 ) 流量为50ml/min,空气流量为600ml/min,操作压力均为0.1MPa,电池温度为 60℃条件下,对电池进行活化后5min后,连续工作100小时后,测得输出功率密度最高可达35.1mW/cm 2,电池电流未有明显变化,其抗CO中毒效果明显。
[0042] 实施例3
[0043] (1)按重量份将5份铁粉与20份硝酸混合,待铁粉完全溶解后,加入3份苯乙酸和1份氢氟酸,搅拌均匀后进行水热处理,水热温度控制在88℃,在经过离心分离沉淀,离心分离的转速控制在1300rpm,过滤滤出沉淀,再通过冷冻干燥,冷冻干燥的处理温度为-20℃,气压控制在10Pa,得到金属-有机框架晶体材料;
[0044] (2)将所述金属-有机框架晶体材料加入干法球磨机中,球磨的介质球为刚玉介质,球磨机转速控制在2000rpm,得到粒径为100μm骨架结构的金属-有机框架粉体;
[0045] (3)将碳纤维层第一面涂覆粒径为150nm的Pt纳米粒子,碳纤维层中碳纤维长径比为25,直径为80μm,按照金属-有机框架粉体与Pt纳米粉质量比为0.9:1取金属-有机框架粉体,将金属-有机框架粉体与涂覆Pt纳米粉碳纤维层的背面进行热压复合,加热至350℃,加载压力为0.9Mpa,进行热压处理,使金属-有机框架粉体均匀镶嵌在碳纤维载体背面,形成点阵吸附层,得到金属-有机框架粉体修饰的燃料电池催化剂。
[0046] 将本实施例中制备的金属-有机框架粉体修饰的燃料电池催化剂分别作为电池的阳极和阴极,制备为成效面积为5cm2单电池,单电池在室温(25℃)下的输出功率密度最高可达25.8mW/cm 2 ,在燃料气 (100ppmCO/H2 ) 流量为50ml/min,空气流量为600ml/min,操作压力均为0.1MPa,电池温度为 60℃条件下,对电池进行活化后5min后,连续工作100小时后,测得输出功率密度最高可达25.2mW/cm 2,电池电流未有明显变化,其抗CO中毒效果明显。
[0047] 实施例4
[0048] (1)按重量份将4份铁粉与18份硝酸混合,待铁粉完全溶解后,加入3份苯丙酸和1份氢氟酸,搅拌均匀后进行水热处理,水热温度控制在89℃,在经过离心分离沉淀,离心分离的转速控制在1500rpm,过滤滤出沉淀,再通过冷冻干燥,冷冻干燥的处理温度为-25℃,气压控制在600Pa,得到金属-有机框架晶体材料;
[0049] (2)将所述金属-有机框架晶体材料加入干法球磨机中,球磨的介质球为刚玉介质,球磨机转速控制在2400rpm,得到粒径为15μm骨架结构的金属-有机框架粉体;
[0050] (3)将碳纤维层第一面涂覆粒径为120nm的Pt纳米粒子,碳纤维层中碳纤维长径比为35,直径为65μm,按照金属-有机框架粉体与Pt纳米粉质量比为1.5:1取金属-有机框架粉体,将金属-有机框架粉体与涂覆Pt纳米粉碳纤维层的背面进行热压复合,加热至350℃,加载压力为0.8Mpa,进行热压处理,使金属-有机框架粉体均匀镶嵌在碳纤维载体背面,形成点阵吸附层,得到金属-有机框架粉体修饰的燃料电池催化剂。
[0051] 将本实施例中制备的金属-有机框架粉体修饰的燃料电池催化剂分别作为电池的阳极和阴极,制备为成效面积为5cm2单电池,单电池在室温(25℃)下的输出功率密度最高可达32.4mW/cm 2 ,在燃料气 (100ppmCO/H2 ) 流量为50ml/min,空气流量为600ml/min,操作压力均为0.1MPa,电池温度为 60℃条件下,对电池进行活化后5min后,连续工作100小时后,测得输出功率密度最高可达30.8mW/cm 2,电池电流未有明显变化,其抗CO中毒效果明显。
[0052] 实施例5
[0053] (1)按重量份将7份铁粉与18份硝酸混合,待铁粉完全溶解后,加入2份苯二甲酸和1份氢氟酸,搅拌均匀后进行水热处理,水热温度控制在82℃,在经过离心分离沉淀,离心分离的转速控制在1200rpm,过滤滤出沉淀,再通过冷冻干燥,冷冻干燥的处理温度为-30℃,气压控制在200Pa,得到金属-有机框架晶体材料;
[0054] (2)将所述金属-有机框架晶体材料加入干法球磨机中,球磨的介质球为刚玉介质,球磨机转速控制在2500rpm,得到粒径为250μm骨架结构的金属-有机框架粉体;
[0055] (3)将碳纤维层第一面涂覆粒径为120nm的Pt纳米粒子,碳纤维层中碳纤维长径比为35,直径为70μm,按照金属-有机框架粉体与Pt纳米粉质量比为0.9:1取金属-有机框架粉体,将金属-有机框架粉体与涂覆Pt纳米粉碳纤维层的背面进行热压复合,加热至350℃,加载压力为1.0Mpa,进行热压处理,使金属-有机框架粉体均匀镶嵌在碳纤维载体背面,形成点阵吸附层,得到金属-有机框架粉体修饰的燃料电池催化剂。
[0056] 将本实施例中制备的金属-有机框架粉体修饰的燃料电池催化剂分别作为电池的阳极和阴极,制备为成效面积为5cm2单电池,单电池在室温(25℃)下的输出功率密度最高 2
可达26.7mW/cm ,在燃料气 (100ppmCO/H2 ) 流量为50ml/min,空气流量为600ml/min,操作压力均为0.1MPa,电池温度为 60℃条件下,对电池进行活化后5min后,连续工作100小时后,测得输出功率密度最高可达26.0mW/cm 2,电池电流未有明显变化,其抗CO中毒效果明显。
[0057] 对比例1
[0058] 阳极扩散层的炭纸其浸渍于氯铂酸中,经过氢气还原条件下,将石英反应管温度升高到 600℃,并保持 2 小时,得到20wt%Pt/C用于PEMFC的阴极催化剂和阳极催化剂,将其所制备有效面积为5cm2单电池,单电池在室温(25℃)下的输出功率密度最高可达12.1mW/cm2 ,在燃料气 (100ppmCO/H 2 ) 流量为50ml/min,空气流量为600ml/min,操作压力均为0.1MPa,电池温度为 60℃,对电池进行活化后5min后,连续工作100小时后,测得输
2
出功率密度最高达6.1mW/cm ,电池电压电流都有所减小,其抗CO中毒效果不如实施例1明显。
[0059] 对比例2
[0060] 按照同实施例1工艺流程,制备金属有机框架修饰的燃料电池催化剂,然后以其用2
于PEMFC的阴极催化剂,以20wt%Pt/C用于阳极催化剂,制备为成效面积为5cm 单电池,单电池在室温(25℃)下的输出功率密度最高可达19.1mW/cm 2 ,在燃料气 (100ppmCO/H2 ) 流量为50ml/min,空气流量为600ml/min,操作压力均为0.1MPa,电池温度为 60℃条件下,对电池进行活化后5min后,连续工作100小时后,测得输出功率密度最高达11.7mW/cm2,电池电压电流都有所减小,其抗CO中毒效果不如实施例1明显,进一步说明MOFs同时作为阴极和阳极催化剂时,Pt/C催化层催化活性较好。
[0061] 表2
[0062]