本發明涉及燃料電池電極領域，尤其是一種利用秸稈制備質子交換膜燃料電池氣體擴散電極的方法。
背景技術：
質子交換膜燃料電池具有效率高、低污染等優點，因此被認為是理想的能源轉換方式之一。近幾十年來，質子交換膜燃料電池受到政府、企業和科研機構的高度關注，得到了極大的發展，但質子交換膜燃料電池主要以貴金屬鉑及鉑基合金作為催化劑，鉑高昂的價格極大地限制了質子交換膜燃料電池的商業化，非鉑催化劑以及含有非鉑催化劑的氣體擴散電極的研究正在興起。
近年來的研究發現，含有鐵(Fe)、氮(N)、碳(C)三種元素的催化劑顯示出了可與鉑催化劑相媲美的氧還原反應(ORR)活性，制成非鉑催化劑以及含有非鉑催化劑的氣體擴散電極后有望取代鉑應用于質子交換膜燃料電池陰極氣體擴散電極。
我國是一個農業大國，每年產生大量的秸稈，隨著經濟社會的發展，農村越來越少地使用秸稈作為生活燃料，而選擇就地焚燒堆肥的方式處理秸稈，這不僅帶來了極大的環境危害，也使得秸稈資源的價值沒有得到充分的利用。由于秸稈中含有豐富的C、N、H、O元素（約占秸稈總質量的75%），這些元素組成的纖維素、半纖維素、木質素等有機物纖維是秸稈的主要成分，因此將秸稈碳化后可適用于制備質子交換膜燃料電池的非鉑氣體擴散電極。
技術實現要素：
為了解決現有技術的不足，本發明提供一種制備成本低、方法簡單且可操作性強的利用秸稈制備質子交換膜燃料電池氣體擴散電極的方法。
為了實現上述的技術目的，本發明的技術方案為：一種利用秸稈制備質子交換膜燃料電池氣體擴散電極的方法,其過程為：以秸稈為原料，經過鐵的前驅體溶液浸漬和晾干后，采用熱壓法在保護氣體氣氛下一次性原位合成含有Fe-N-C非鉑催化劑的氣體擴散電極。
進一步的，其具體包括以下步驟：
（1）將秸稈切割成長度為5～10cm、寬度為0.1～1cm的秸稈短條；
（2）將上述的秸稈短條制成秸稈網；
（3）將上述的秸稈網浸漬在鐵的前驅體溶液中，浸漬處理時間為10～90min；
（4）將處理完畢的秸稈網取出進行晾干；
（5）取3～10層上述晾干后的秸稈網進行疊加后置于熱壓機中，同時在熱壓機中通入保護氣體，使秸稈網在保護氣體氣氛下以1～5Mpa壓力、200～500℃的溫度下進行熱壓15～120min，壓制完畢后即可得到含有Fe-N-C非鉑催化劑的氣體擴散電極。
進一步的，所述的秸稈包括小麥秸稈、水稻秸稈、玉米秸稈、甘蔗莖葉、棉花秸稈、油菜秸稈、甘薯藤、馬鈴薯藤中的一種或一種以上。
進一步的，所述的鐵的前驅體溶液的濃度為0.01～5mol/L。
進一步的，所述的鐵的前驅體溶液為硝酸鐵、氯化鐵、草酸鐵、二茂鐵甲醇、二茂鐵甲酸、硫化亞鐵、草酸高鐵銨、草酸亞鐵、乙基二茂鐵、乙酰丙酮鐵、硫酸高鐵銨、硫酸亞鐵銨、雙乙酰基二茂鐵、苯甲酰基二茂鐵、乙烯基二茂鐵、正丁基二茂鐵、三氟甲磺酸鐵、丁酰基二茂鐵中的一種或一種以上混合組成。
進一步的，所述的保護氣體為氮氣、氬氣、氦氣中的一種或一種以上混合組成。
進一步的，所述的步驟（2）將秸稈短條制成秸稈網的方法為編織或壓制成型。
通過上述的技術方案，本發明的有益效果為：通過以秸稈為制備原料，將其浸漬于鐵的前驅體溶液后再進行取出晾干，使鐵的前驅體溶液負載在秸稈表面，在保護氣體的氣氛下將負債有鐵的前驅體的秸稈進行熱壓，使鐵的前驅體發生分解，鐵原子與秸稈表面緊密貼合，并在秸稈碳化過程中與碳、氮元素發生符合，形成Fe-N-C非鉑催化劑，由于熱壓過程中秸稈發生碳化并伴隨一氧化碳等氣體的生成與擴散，最終秸稈形成多孔網格結構，適于氣體氧化劑的擴散流通。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的闡述：
圖1為本發明以秸稈制備質子交換膜燃料電池非鉑催化劑氣體擴散電極的制備流程示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發明方法以秸稈為原料，經過鐵的前驅體溶液浸漬和晾干后，采用熱壓法在保護氣體氣氛下一次性原位合成含有Fe-N-C非鉑催化劑的氣體擴散電極。
進一步的，其具體包括以下步驟：
（1）將秸稈切割成長度為5～10cm、寬度為0.1～1cm的秸稈短條；
（2）將上述的秸稈短條制成秸稈網；
（3）將上述的秸稈網浸漬在鐵的前驅體溶液中，浸漬處理時間為10～90min；
（4）將處理完畢的秸稈網取出進行晾干；
（5）取3～10層上述晾干后的秸稈網進行疊加后置于熱壓機中，同時在熱壓機中通入保護氣體，使秸稈網在保護氣體氣氛下以1～5Mpa壓力、200～500℃的溫度下進行熱壓15～120min，壓制完畢后即可得到含有Fe-N-C非鉑催化劑的氣體擴散電極。
進一步的，所述的秸稈包括小麥秸稈、水稻秸稈、玉米秸稈、甘蔗莖葉、棉花秸稈、油菜秸稈、甘薯藤、馬鈴薯藤中的一種或一種以上。
進一步的，所述的鐵的前驅體溶液的濃度為0.01～5mol/L。
進一步的，所述的鐵的前驅體溶液為硝酸鐵、氯化鐵、草酸鐵、二茂鐵甲醇、二茂鐵甲酸、硫化亞鐵、草酸高鐵銨、草酸亞鐵、乙基二茂鐵、乙酰丙酮鐵、硫酸高鐵銨、硫酸亞鐵銨、雙乙酰基二茂鐵、苯甲酰基二茂鐵、乙烯基二茂鐵、正丁基二茂鐵、三氟甲磺酸鐵、丁酰基二茂鐵中的一種或一種以上混合組成。
進一步的，所述的保護氣體為氮氣、氬氣、氦氣中的一種或一種以上混合組成。
進一步的，所述的步驟（2）將秸稈短條制成秸稈網的方法為編織或壓制成型。
實施例1
（1）將小麥秸稈切割成長度為10cm、寬度為1cm的小麥秸稈短條；
（2）將上述的小麥秸稈短條編織制成小麥秸稈網；
（3）將上述的小麥秸稈網浸漬在濃度為3mol/L的草酸高鐵銨溶液中，浸漬處理70min；
（4）將處理完的小麥秸稈網從草酸高鐵銨溶液中取出進行晾干；
（5）取3層上述晾干后的小麥秸稈網進行疊加后置于熱壓機中，同時在熱壓機中通入氮氣，使小麥秸稈網在氮氣的保護氣氛下以3Mpa壓力、300℃的溫度下進行熱壓100min，壓制完畢后即可得到含有Fe-N-C非鉑催化劑的氣體擴散電極。
實施例2
（1）將水稻秸稈切割成長度為8cm、寬度為0.5cm的水稻秸稈短條；
（2）將上述的水稻秸稈短條編織制成水稻秸稈網；
（3）將上述的水稻秸稈網浸漬在濃度為3mol/L的硝酸鐵溶液中，浸漬處理80min；
（4）將處理完的水稻秸稈網從草酸高鐵銨溶液中取出進行晾干；
（5）取6層上述晾干后的水稻秸稈網進行疊加后置于熱壓機中，同時在熱壓機中通入氦氣，使水稻秸稈網在氦氣的保護氣氛下以4Mpa壓力、400℃的溫度下進行熱壓90min，壓制完畢后即可得到含有Fe-N-C非鉑催化劑的氣體擴散電極。
實施例3
（1）將棉花秸稈切割成長度為5cm、寬度為0.1cm的棉花秸稈短條；
（2）將上述的玉米秸稈短條編織制成棉花秸稈網；
（3）將上述的棉花秸稈網浸漬在濃度為1mol/L的草酸高鐵銨溶液中，浸漬處理90min；
（4）將處理完的棉花秸稈網從草酸高鐵銨溶液中取出進行晾干；
（5）取4層上述晾干后的棉花秸稈網進行疊加后置于熱壓機中，同時在熱壓機中通入氬氣，使棉花秸稈網在氬氣的保護氣氛下以5Mpa壓力、460℃的溫度下進行熱壓50min，壓制完畢后即可得到含有Fe-N-C非鉑催化劑的氣體擴散電極。
實施例4
（1）將油菜秸稈切割成長度為6cm、寬度為0.6cm的油菜秸稈短條；
（2）將上述的小麥秸稈短條編織制成油菜秸稈網；
（3）將上述的油菜秸稈網浸漬在濃度為0.01mol/L的苯甲酰基二茂鐵溶液中，浸漬處理10min；
（4）將處理完的油菜秸稈網從苯甲酰基二茂鐵溶液中取出進行晾干；
（5）取10層上述晾干后的油菜秸稈網進行疊加后置于熱壓機中，同時在熱壓機中通入氮氣與氦氣體積比為1:1的混合氣體，使油菜秸稈網在氮氣和氦氣的保護氣氛下以1Mpa壓力、200℃的溫度下進行熱壓120min，壓制完畢后即可得到含有Fe-N-C非鉑催化劑的氣體擴散電極。
實施例5
（1）將甘薯藤秸稈切割成長度為7cm、寬度為0.7cm的甘薯藤秸稈短條；
（2）將上述的甘薯藤秸稈短條壓制制成甘薯藤秸稈網；
（3）將上述的甘薯藤秸稈網浸漬在濃度為5mol/L的乙酰丙酮鐵溶液中，浸漬處理60min；
（4）將處理完的甘薯藤秸稈網從乙酰丙酮鐵溶液中取出進行晾干；
（5）取7層上述晾干后的甘薯藤秸稈網進行疊加后置于熱壓機中，同時在熱壓機中通入氬氣與氦氣體積比為1：1的混合氣體，使甘薯藤秸稈網在氬氣和氦氣的保護氣氛下以2Mpa壓力、500℃的溫度下進行熱壓15min，壓制完畢后即可得到含有Fe-N-C非鉑催化劑的氣體擴散電極。
實施例6
（1）將小麥秸稈和水稻秸稈切割成長度為10cm、寬度為1cm的小麥秸稈短條；
（2）將上述的小麥秸稈短條編織制成秸稈網；
（3）將上述的秸稈網浸漬在濃度為2mol/L的二茂鐵甲醇溶液中，浸漬處理30min；
（4）將處理完的秸稈網從二茂鐵甲醇溶液中取出進行晾干；
（5）取8層上述晾干后的小麥秸稈網進行疊加后置于熱壓機中，同時在熱壓機中通入氮氣，使小麥秸稈網在氮氣的保護氣氛下以1.5Mpa壓力、480℃的溫度下進行熱壓60min，壓制完畢后即可得到含有Fe-N-C非鉑催化劑的氣體擴散電極。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，對于本領域的普通技術人員而言，在不脫離本發明的原理和精神的情況下凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化、修改、替換和變型，皆應屬本發明的涵蓋范圍。