[发明专利]燃料电池催化剂

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年2月16日提交的美国临时专利申请No.60/653359的优先权。

根据由DOE颁发的Cooperative Agreement DE-FC36-03GO13106下，由政府支持完成本发明。政府具有本发明的一些权利。

技术领域

本发明涉及可用于燃料电池的非贵金属催化剂。

背景技术

M.K.Debe，在Handbook of Fuel Cells，Fundamentals，Technologyand Applications，3卷，eds.W.Vielstich，A.Lamm和H.Gasteiger，JohnWiley和Sons中576页及之后″Novel catalysts，catalyst support andcatalyst coated membrane methods(新催化剂、催化剂载体和催化剂涂布膜方法)″中公开了可用作燃料电池催化剂的纳米结构膜催化剂。

其公开内容在此处引入作为参考的美国专利第5,879,827号公开了纳米结构的成分，其包含具有针状纳米催化剂颗粒的针状微结构载体晶须。所述催化剂颗粒可以包含不同催化剂材料的交替层，其中催化剂材料的组成、合金化程度或结晶度可不同。

其公开内容此处引入作为参考的美国专利申请公开第2002/0004453 A1号公开了燃料电池电极催化剂，其包含交替的铂层和含第二金属的低价氧化物层，其表现出CO氧化的较早开始。

其中公开内容此处引入作为参考的美国专利Nos.5,338,430，5,879,828，6,040,077和6,319,293也涉及纳米结构的膜催化剂。

美国专利号Nos.4,812,352，5,039,561，5,176,786和5,336,558，其中公开内容此处引入作为参考，涉及微观结构。

美国专利申请号10/674,594，其中公开内容此处引入作为参考，公开了燃料电池阴极催化剂，其包含通过将交替的铂层和第二层沉积到微观结构载体上而形成的纳米结构，这可形成三元催化剂。

美国专利号5,079,107公开了一种用于磷酸电解质燃料电池的催化剂，其包含Pt-Ni-Co、Pt-Cr-C或Pt-Cr-Ce三元合金。

美国专利号4,985,386公开了一种在碳载体上的催化剂，所述催化剂包含铂碳化物、选自Ni、Co、Cr和Fe的第二金属碳化物、和任选的锰碳化物。所述的参考文献还公开了制备碳负载的催化剂的方法，所述方法通过将金属离子还原沉积到碳载体上，随后通过施加热量和含碳气体使所述金属合金化并至少部分渗碳。

美国专利号5,593,934公开了一种在碳载体上的催化剂，所述催化剂包含40-90原子％的Pt，30～5原子％的Mn和30～5原子％的Fe。所述的参考文献包含对比例，旨在表明碳负载的催化剂包含50原子％Pt、25原子％Ni和25原子％Co；50原子％Pt和50原子％Mn；和单独的Pt。

美国专利号5,872,074公开了一种催化剂，其首先通过制备包含粒度为100nm或更小微晶的亚稳态复合物或合金，然后滤除所述合金的一种成分而制得。

Markovic等人，Oxygen Reduction Reaction on Pt and Pt BimetallicSurfaces(在铂和铂双金属表面上的氧化还原反应)：A Selective Review，Fuel Cells，2001，1卷，No.2(105～116页)中研究了在通过欠电位沉积(underpotential deposition)方法、传统的冶金方法和假晶金属膜的沉积制备的双金属Pt-Ni和Pt-Co催化剂的晶体表面的反应。

Paulus等人在Oxygen Reduction on Carbon-Supported Pt-Ni andPt-Co Alloy Catalysts(碳负载的Pt-Ni和Pt-Co合金催化剂上的氧化还原)，J Phys.Chem.B，2002，No.106(4181～4191页)中研究了包含Pt-Ni和Pt-Co合金的可商购的碳负载的催化剂。

2005年10月12日提交的美国专利申请第11/248,441号公开了包含三种或更多种金属元素的特定纳米结构膜催化剂，其可以用作燃料电池催化剂。