基于纳米压印技术的有序纳米结构膜、有序纳米结构膜电极的制备及应用

摘要

本发明涉及燃料电池领域，具体涉及一种基于纳米压印技术制备有序纳米结构膜、有序纳米结构膜电极的方法，以及前述制备技术在离子交换膜燃料电池制备中的应用。本发明在外加温度、压力的作用下，采用表面具有有序纳米结构图案的硬模板对高分子膜进行压印，在高分子膜上形成与硬模板上的图案互补的有序纳米结构，脱模，获得所述有序纳米结构膜；在所述有序纳米结构膜上涂覆催化剂层，获得有序纳米结构膜电极。采用本发明方法对有序纳米结构膜电极进行制备，不仅可降低催化剂的载量、提高催化剂的利用率，达到膜电极和电池成本降低的目的，还能实现燃料电池性能的提高，极具开发价值和市场潜力。

主权项

一种制备有序纳米结构膜电极的方法，包括以下步骤：1)采用如下方法制备有序纳米结构膜：采用纳米压印技术，利用表面具有有序纳米结构图案的硬模板对离子交换膜进行压印，在离子交换膜上形成与硬模板上的图案互补的有序纳米结构，脱模，即获得所述有序纳米结构膜；所述压印的条件为：温度50～150℃，压力为20～40Mpa，加压时间3～10min；所述有序纳米结构膜的厚度为20～300μm；所述硬模板上有序纳米结构图案的深度为30nm～30μm；所述硬模板选自多孔硅模板、多孔氮化硅模板、多孔氧化铝模板、玻璃模板、多孔金模板或复合模板；2)在步骤1)制备的有序纳米结构膜的两侧涂覆催化剂，获得催化剂涂覆的有序纳米结构膜，即为有序纳米结构膜电极；步骤1)所述有序纳米结构膜为只有膜的一侧具有有序纳米结构的单面有序纳米结构膜或者膜的两侧均具有有序纳米结构的双面有序纳米结构膜；步骤2)所述催化剂为Pt_xRu_(1‑x)，其中0.2≤x≤1。