碳布的改質(zhì)及其應(yīng)用制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提出一種碳布的改質(zhì)方法，其含有以下步驟：將碳布與一酸性溶液接觸；將碳布與一含淀粉及檸檬酸的混合液接觸；將碳布與一含堿性脫水劑及填補(bǔ)劑的混合溶液接觸；以及微波處理碳布，以得到一改質(zhì)碳布。本發(fā)明專利技術(shù)還提出一種承載金屬觸媒于前述改質(zhì)碳布上的方法。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
碳布的改質(zhì)及其應(yīng)用
本專利技術(shù)有關(guān)于一種碳布的改質(zhì)及其應(yīng)用，且尤其關(guān)于一種碳布的改質(zhì)方法、以及一種利用化學(xué)還原法承載金屬觸媒于此經(jīng)改質(zhì)的碳布上的方法。
技術(shù)介紹
碳布，為「碳纖維布」的簡稱，其是一種碳纖維交錯(cuò)組成的紡織物。碳布本身具備良好的穿透選擇性，因而已廣泛地用于多種用途中。舉例而言，碳布可透過改質(zhì)形成含氧基（如：-OH基或-COOH基）于其表面，并藉由含氧基吸引金屬觸媒來作為燃料電池的膜電極（membraneelectrode）。目前碳布改質(zhì)的動(dòng)機(jī)大多著重于如何改善金屬觸媒的結(jié)合，但卻忽略了如何維持碳布的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（可參閱中國臺(tái)灣專利技術(shù)專利公告號(hào)I376049、中國臺(tái)灣專利技術(shù)專利公告號(hào)I398982、或JPowerSources.145(2005)495-501）。因此，膜電極于燃料電池剛操作時(shí)的電化學(xué)效能雖獲致改善，但燃料電池運(yùn)作一久后，其變質(zhì)的電解質(zhì)會(huì)破壞碳布的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得碳布原有的穿透選擇性受到影響，進(jìn)而縮短膜電極的使用壽命。由于上述原因，提出一種新穎的碳布改質(zhì)來避免碳布的內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭受化學(xué)物質(zhì)（如：變質(zhì)電解液）的腐蝕，確實(shí)為本專利技術(shù)所屬
人士積極解決的議題之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的一目的在于提出一種新穎的碳布改質(zhì)，其中改質(zhì)的結(jié)果造成碳布表面形成一保護(hù)層，不致于碳布的內(nèi)部結(jié)構(gòu)易受到化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。于是，為實(shí)現(xiàn)上述及/或其它目的，本專利技術(shù)提供一種碳布的改質(zhì)方法，其包含下述步驟：將碳布與一酸性溶液接觸；將碳布與一含淀粉及檸檬酸的混合液接觸；將碳布與一含堿性脫水劑及填補(bǔ)劑的混合溶液接觸；以及微波處理碳布，以得到一改質(zhì)碳布。依上，碳布與酸性溶液、混合液及混合溶液的接觸可于微波處理步驟時(shí)反應(yīng)形成一保護(hù)層于碳布表面，從而制備得到改質(zhì)碳布。透過這層保護(hù)層，碳布可避免與化學(xué)物質(zhì)接觸，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不易遭到侵蝕，因此于改質(zhì)碳布長時(shí)間使用下，碳布的內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍得以維持。再者，因混合溶液中所含的填補(bǔ)劑可于微波處理步驟時(shí)填補(bǔ)所形成的保護(hù)層的縫隙，因此保護(hù)層的外觀可趨近于平整。這種平整的外觀可提供改質(zhì)碳布穩(wěn)定地承載其它物質(zhì)。于本專利技術(shù)的揭露范圍內(nèi)，另提出一種承載金屬觸媒于前述得到的改質(zhì)碳布上的方法，其包含下述步驟：將改質(zhì)碳布與一含堿性還原劑及金屬觸媒鹽類的混合物接觸；以及微波處理改質(zhì)碳布，以還原金屬觸媒鹽類成承載于改質(zhì)碳布上的金屬觸媒。依上，因碳布表面的保護(hù)層的外觀接近于平整，因此金屬觸媒可以以最大面積與改質(zhì)碳布接觸，進(jìn)而提供金屬觸媒穩(wěn)定的承載，且讓金屬觸媒得以發(fā)揮最大的催化效率。附圖說明圖1為一流程圖，說明本專利技術(shù)一實(shí)施方式的碳布的改質(zhì)方法；圖2為一流程圖，說明本專利技術(shù)另一實(shí)施方式的承載金屬觸媒于改質(zhì)碳布上的方法；圖3為一曲線圖，呈現(xiàn)實(shí)施例得到的燃料電池的電化學(xué)效能；圖4為一曲線圖，比較實(shí)施例得到的燃料電池的電化學(xué)效能與對(duì)照例得到的燃料電池的電化學(xué)效能；圖5為一曲線圖，呈現(xiàn)實(shí)施例得到的燃料電池于長時(shí)間操作后的電化學(xué)效能；圖6為一照片圖，呈現(xiàn)實(shí)施例得到的燃料電池的電極于長時(shí)間操作后透射式電子顯微鏡（transmissionelectronmicroscope，TEM）所拍攝的外觀；圖7為一照片圖，呈現(xiàn)實(shí)施例得到的燃料電池的電極于長時(shí)間操作后透射式電子顯微鏡所拍攝的外觀；圖8為一照片圖，呈現(xiàn)實(shí)施例得到的燃料電池的電極于長時(shí)間操作后透射式電子顯微鏡所拍攝的外觀；圖9為一照片圖，呈現(xiàn)實(shí)施例得到的燃料電池的電極于長時(shí)間操作后透射式電子顯微鏡所拍攝的外觀；圖10為一照片圖，呈現(xiàn)實(shí)施例得到的燃料電池的電極于長時(shí)間操作后透射式電子顯微鏡所拍攝的外觀；圖11為一照片圖，呈現(xiàn)實(shí)施例得到的燃料電池的碳布于長時(shí)間操作后掃描式電子顯微鏡（scanningelectronmicroscope，SEM）所拍攝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；圖12為一照片圖，呈現(xiàn)實(shí)施例得到的單質(zhì)鉑金屬的透射式電子顯微鏡/能譜儀（energydispersivespectrometer，EDS）分析；圖13為一照片圖，呈現(xiàn)實(shí)施例得到的單質(zhì)鉑金屬的透射式電子顯微鏡/能譜儀分析。附圖標(biāo)記說明S11、S12、S13、S14：步驟S21、S22：步驟1：實(shí)施例的燃料電池的電流密度-電壓特性曲線2：實(shí)施例的燃料電池的電流密度-電功率密度特性曲線3：對(duì)照例的燃料電池的電流密度-電壓特性曲線4：對(duì)照例的燃料電池的電流密度-電功率密度特性曲線5：實(shí)施例的燃料電池于不同操作時(shí)間下的每單位重量單質(zhì)鉑金屬的電流密。具體實(shí)施例為讓本專利技術(shù)上述及/或其它目的、功效、特征更能明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施方式，作詳細(xì)說明。請(qǐng)參閱圖1，于本專利技術(shù)的一實(shí)施方式，提出一種碳布的改質(zhì)方法，其詳細(xì)過程于下：首先，如步驟S11所示，將碳布與一酸性溶液接觸。進(jìn)行此步驟時(shí)，可利用任何方式，如：含浸、噴灑或涂布，將碳布與酸性溶液接觸。于本實(shí)施方式，先將碳布含浸于酸性溶液，再自酸性溶液中取出后，烘干碳布。須說明的是，酸性溶液可于后續(xù)微波處理步驟時(shí)酸處理碳布表面，以于其表面形成含氧基（如：-OH基或-COOH基）。酸性溶液的實(shí)例可以為但不限于，檸檬汁。其次，如步驟S12所示，將碳布與一含淀粉及檸檬酸的混合液接觸。操作此步驟時(shí)，可利用任何方式，如：含浸、噴灑或涂布，將碳布與混合液接觸。于本實(shí)施方式，先將混合液涂布于碳布表面，再烘干碳布。須指明的是，檸檬酸可于后續(xù)微波處理步驟時(shí)作為碳布表面的含氧基與淀粉之間的架橋（crosslink）；而淀粉可于后續(xù)微波處理步驟時(shí)連結(jié)至檸檬酸。接著，如步驟S13所示，將碳布與一含堿性脫水劑及填補(bǔ)劑的混合溶液接觸。實(shí)現(xiàn)此步驟時(shí)，可利用任何方式，如：含浸、噴灑或涂布，將碳布與混合溶液接觸。于本實(shí)施方式，將碳布含浸于混合溶液。須提出的是，堿性脫水劑可于后續(xù)微波處理步驟時(shí)對(duì)連結(jié)至檸檬酸的淀粉脫水，并碳化淀粉，而且堿性脫水劑的好處在于：不會(huì)二次酸處理碳布的表面，以避免破壞碳布的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，此為酸性脫水劑所不及的；而填補(bǔ)劑可于后續(xù)微波處理步驟時(shí)填補(bǔ)碳化后的淀粉的縫隙。堿性脫水劑的實(shí)例可以為但不限于，氫氧化鈉、或氫氧化鈉與甲醛的組合；填補(bǔ)劑的實(shí)例可以為但不限于，酵母粉、胚芽粉、面包粉、或此等組合。最后，如步驟S14所示，微波處理碳布，以得到一改質(zhì)碳布。簡言之，此步驟的用意在于讓酸性溶液、混合液與混合溶液各自完成上文提及的結(jié)果。此外，依步驟S13所述，于本實(shí)施方式，直接微波處理含浸有碳布的混合溶液，以形成改質(zhì)碳布。微波處理的條件可以為但不限于：輸出功率為300至3,000W、時(shí)間為3至30分鐘。一方面，碳布表面有含氧基、檸檬酸以及碳化后的淀粉，且碳化后的淀粉的縫隙填充有填補(bǔ)劑。如此一來，碳布表面形成有一保護(hù)層；換句話說，改質(zhì)碳布含有碳布及位于碳布表面的保護(hù)層。另一方面，因填補(bǔ)劑的使用可讓碳布表面的保護(hù)層的外觀接近平整，故改質(zhì)碳布可允許其它物質(zhì)承載，并讓此物質(zhì)穩(wěn)定地位于改質(zhì)碳布上。鑒于上述實(shí)施方式得到的改質(zhì)碳布所具備的特性，于本專利技術(shù)的另一實(shí)施方式，提出一種承載金屬觸媒于上述實(shí)施方式得到的改質(zhì)碳布上的方法，其詳細(xì)過程搭配圖2說明如下：先如步驟S21所示，將改質(zhì)碳布與一含堿性還原劑及金屬觸媒鹽類的混合物接觸。實(shí)施此步驟時(shí)，可利用任何方式，如：含浸、噴灑或涂布，將改質(zhì)碳布與混合物接觸。于本實(shí)施方式，直接將改質(zhì)碳布含浸于混合物中。須強(qiáng)調(diào)的是本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種碳布的改質(zhì)方法，其特征在于，包括：將該碳布與一酸性溶液接觸；將該碳布與一含淀粉及檸檬酸的混合液接觸；將該碳布與一含堿性脫水劑及填補(bǔ)劑的混合溶液接觸；以及微波處理該碳布，以得到一改質(zhì)碳布。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種碳布的改質(zhì)方法，其特征在于，包括：(a)將該碳布與一酸性溶液接觸；(b)將該碳布與一含淀粉及檸檬酸的混合液接觸；(c)將該碳布與一含堿性脫水劑及填補(bǔ)劑的混合溶液接觸；以及(d)微波處理該碳布，以得到一改質(zhì)碳布。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該酸性溶液為檸檬汁。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該堿性脫水劑為氫氧化鈉、或氫氧化鈉與甲醛的組合。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該填補(bǔ)劑為酵母粉、胚芽粉、面包粉、或其組合。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該微波處理的條件為：輸出功率為300至3,000W、時(shí)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃鎮(zhèn)江，劉世鈞，黃家宏，李書鋒，陳立家，吳貞宜，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：臺(tái)南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：中國臺(tái)灣;71