申请/专利权人：北京理工大学;北京理工大学前沿技术研究院

申请日：2021-12-31

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN114361469B

主分类号：H01M4/86

分类号：H01M4/86

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2022.05.03#实质审查的生效;2022.04.15#公开

摘要：本发明涉及一种燃料电池催化层和燃料电池，属于燃料电池技术领域。所述催化层由电催化剂和离聚物组成。所述离聚物为全氟磺酸离聚体和COFs离聚物的混合物，COFs离聚物可通过溶剂热‑后修饰法、一步溶剂热法或湿法球磨法制备，是一种具有带磺酸基侧链的多孔的、具有二维纳米片结构的粉体材料，离子交换容量可超过1.85meqg–1，质子传导率可高达94.3mScm–1。一种燃料电池，所述燃料电池为质子交换膜燃料电池或固体氧化物燃料电池，其中的催化层为本发明所述燃料电池催化层，功率密度为单一添加Nafion的同等铂担载量的质子交换膜燃料电池的约1.5倍，电化学表面积和催化剂的质量活性提高了1.6倍。

主权项：1.一种燃料电池催化层，所述催化层由电催化剂和离聚物组成，其特征在于：所述离聚物为全氟磺酸离聚体和COFs离聚物的混合物；所述COFs离聚物与全氟磺酸离聚体的质量比为0.5：1～1.5：1；所述COFs离聚物根据反应物种类不同，采用溶剂热-后修饰法合成，具体步骤如下：1将氨基芳香族化合物和芳香醛基类化合物分散均匀于溶剂A中，加入催化剂后除氧，溶剂热反应，离心分离得到固体，洗涤、真空干燥，得到COFs骨架；所述氨基芳香族化合物为1,3,5-三氨基苯、1,3,5-三4-氨基苯基苯、5,10,15,20-四4-氨基苯基卟啉、或对苯二胺；所述芳香醛基类化合物为2,5-二羟基对苯二甲醛、2,5-二甲氧基对苯二甲醛、2,5-二丁氧基对苯二甲醛、1,4-二4-醛基苯基苯、4,4'-联苯二甲醛、3,3”-对三联苯二甲醛或9,10-蒽二羧醛；所述催化剂为三氟甲磺酸钪或乙酸水溶液；所述催化剂乙酸水溶液的浓度为6molL；所述溶剂A为正丁醇和二氯苯的混合溶剂，正丁醇和二氯苯的体积比为1:1；2将COFs骨架粉末、还原剂在无水四氢呋喃溶剂中混合均匀，再滴加冰醋酸作催化剂，室温下搅拌48小时以上，得到悬浊液；将悬浊液离心分离，洗涤，真空干燥，得到还原后的COFs骨架；所述还原剂为氰基硼氢化钠和硼氢化钠中至少一种；3将还原后的COFs骨架粉末和反应试剂在溶剂B中混合均匀，回流搅拌反应48个小时以上，洗涤后用钠滤膜过滤；之后在氢离子浓度为1molL的除硫酸外的强酸水溶液中浸泡24小时以上进行离子交换，用纳滤膜进行过滤；真空干燥，得到COFs离聚物；其中，所述反应试剂为催化剂氢氧化钠和接枝剂，或者所述反应试剂为催化剂碘化钾、载体和接枝剂；所述接枝剂为3-溴丙烷基磺酸钠、2-溴乙基磺酸钠、4-溴-1-丁磺酸、4-溴-1-丁烷磺酸钠、9-溴-1-壬磺酸或5-溴-1-戊烷磺酸盐；当所述催化剂为氢氧化钠时，溶剂B为去离子水，反应温度为80℃；当所述催化剂为碘化钾时，溶剂B为二甲基亚砜，加入碳酸钾或碳酸钠作为载体，反应温度为120℃；所述接枝剂的摩尔量是还原后的COFs骨架中碳氮单键数目的5～10倍；所述催化剂的摩尔量与还原后的COFs骨架中碳氮单键数目相等。

全文数据：

权利要求：

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