模板法制備Nafion納米線陣研究.pdf

1、當今環(huán)境問題特別是大氣污染越來越得到人們的關(guān)注，對社會和經(jīng)濟的發(fā)展影響也愈來愈大。氫能源因其環(huán)境友好性被公認為將取代石化能源從而支撐全球經(jīng)濟，氫氣的生產(chǎn)、運輸、儲存以及使用共同構(gòu)成氫經(jīng)濟的市場體系。燃料電池作為氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的最后一環(huán)，也是技術(shù)最為關(guān)鍵的一項，目前在世界各國科學(xué)家的共同努力下，燃料電池已經(jīng)進入技術(shù)驗證后期，商業(yè)化的前期。質(zhì)子交換膜燃料電池作為低溫燃料電池的一種，清潔且能量轉(zhuǎn)換效率高從而被認為是未來車用動力的最佳選擇。豐田、

2、本田、日產(chǎn)和現(xiàn)代等車企都紛紛發(fā)布了自己的燃料電池汽車，并提出在未來1～5年內(nèi)量產(chǎn)，2015年也被行業(yè)內(nèi)同行稱為氫燃料電池汽車元年。
　　但質(zhì)子交換膜燃料電池的成本過高還不能滿足燃料電池汽車商業(yè)化普及的需求，其中很大一部分的原因是因為其催化劑對Pt的依賴，而Pt的儲量不能滿足億級的世界汽車保有量，因此催化層必須做到無Pt或者低Pt，目前新型膜電極采用納米線/棒制備技術(shù)制備有序化膜電極。而有序化膜電極利用納米技術(shù)優(yōu)化膜電極中的催化層結(jié)

3、構(gòu)即多相物質(zhì)傳輸通道，降低Pt載量，從而實現(xiàn)成本和性能的提升，這正是目前世界各國高校及研究機構(gòu)的研究重點。
　　催化層的有序化可以從優(yōu)化物質(zhì)傳輸通道考慮，例如電子傳導(dǎo)的有序化可以通過載體材料的有序化或催化劑材料的有序化來實現(xiàn)，而質(zhì)子傳導(dǎo)的有序化可以通過質(zhì)子導(dǎo)體材料的有序化來實現(xiàn)，這些納米線陣材料應(yīng)用到PEMFC催化層中時，都可以同時實現(xiàn)氣體和水傳輸通道的有序化。故而第三代膜電極按照材料類型分為載體材料有序化膜電極、催化劑材料有序化

4、膜電極以及質(zhì)子導(dǎo)體有序化膜電極。
　　本研究課題方向就是探索可控制備Nafion納米線陣有序化膜電極的制備工藝，經(jīng)過大量嘗試后，發(fā)現(xiàn)以AAO為模板的熱壓法可以實現(xiàn)在Nafion膜表面原位生長Nafion納米線陣。對熱壓工藝中的模板的預(yù)處理、熱壓溫度、壓強、熱壓時間等因素的分析，研究出一套科學(xué)的生長Nafion納米線陣的方法。對原位生長出來的Nafion納米線陣形貌、成分以及物化性能等進行表征分析，并解釋Nafion納米線陣的生長機

5、理。
　　研究發(fā)現(xiàn):(1)在Nafion玻璃化溫度以上，采用熱壓法和模板法結(jié)合的工藝可以可控制備Nafion納米線陣;(2)在經(jīng)過對Nafion納米線陣成分和基團等信息的研究分析，發(fā)現(xiàn)該工藝原位生長出的Nafion納米線陣與原Nafion211膜成分和基團等信息一致，并未發(fā)生變化;(3)通過失水率實驗發(fā)現(xiàn)Nafion納米線陣有蓄水自增濕的性能。
　　在展望部分，對后續(xù)Nafion納米線陣制備新型有序化膜電極課題的整體研究思路