[发明专利]甲醇氧化催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及甲醇氧化催化剂以及制备甲醇氧化催化剂的方法。

背景技术

固体聚合物型燃料电池，且尤其是使用甲醇水溶液作为燃料的固 体聚合物型燃料电池，通过电极的催化反应将化学能转化成电能。因 此，高活性的催化剂对研制高性能的燃料电池是必不可少的。

由电极的催化反应获得的理论电压为1.21V，而因PtRu催化剂导 致的电压损耗为约0.3V。因此，需要活性(甲醇氧化活性)高于PtRu 的阳极催化剂。同时，由于Ru洗脱使目前的PtRu阳极催化剂存在问 题，因此，需要具有低Ru含量和无Ru成分的高活性甲醇氧化催化剂。

迄今为止已对具有各种组分类型的甲醇氧化催化剂进行了研究。 例如，其中加入诸如钨、钽和铌之类的金属的方法公开在美国专利US 3,506,494中。在日本专利申请公开JP2004-281177和JP 2006-179445中，有涉及溅射法的描述。仅有一些报道是关于减少所 加入的Ru量以及无Ru组合物。

因为催化剂是纳米颗粒，所以催化剂颗粒的表面电子态和该颗粒 的纳米-结构强烈地取决于所加入元素的类型和数量。为了获得高活性 和高稳定性，使所加入元素的类型和数量与元素的组合相适合是必要 的。关于催化剂成分和方法的研究做得不够以及还未研制出具有足够 甲醇氧化活性的高稳定性催化剂。

发明内容

根据本发明的一个方面所述的甲醇氧化催化剂包含：

纳米颗粒，该纳米颗粒具有下式1所表示的组成：

Pt_xRu_yT_zQ_u        式1

其中T-元素选自Mo、W和V中至少一种以及Q-元素选自Nb、Cr、 Zr和Ti中至少一种，x是40-90at.％，y是0-9.9at.％，z是3-70at.％ 以及u是0.5-40at.％，

其中在X射线光电子能谱法(photoelectron spectral method) 测定的波谱中产生自T-元素氧键的峰面积是产生自T-元素金属键的 峰面积的80％或者更小。

根据本发明的一个方面所述，制备甲醇氧化催化剂的方法包括： 保持导电性载体(conductive support)在400℃或者更低；以及 通过溅射法或者气相沉积法将结构金属元素(structural metal elements)沉积至导电性载体以形成纳米颗粒。

附图说明

图1是根据一种实施方案所述的甲醇氧化催化剂的象征性视图；

图2是根据另一个实施方案所述的甲醇氧化催化剂的象征性视 图；

图3是根据一种实施方案所述的甲醇氧化催化剂构成的催化剂层 的TEM照片；

图4所示为制备层压类型电极方法的剖面图；

图5所示为图4所示方法之后紧接的方法的剖面图；

图6所示为图5所示方法之后紧接的方法的剖面图；

图7所示为图6所示方法之后紧接的方法的剖面图；

图8所示为图7所示方法之后紧接的方法的剖面图；

图9所示为图8所示方法之后紧接的方法的剖面图；

图10所示为图9所示方法之后紧接的方法的剖面图；以及

图11所示为图10所示方法之后紧接的方法的剖面图。

具体实施方式

发明者已经对关于催化剂的合成方法与催化剂成分之间的关系进 行了认真研究，由此获得以下发现。在具有下式(1)所示组成的纳米颗 粒中，引入T-元素和Q-元素作为助催化剂通过金属键与Pt或类似物 构成的主要催化剂元素结合以获得高活性催化剂。上述金属键可以通 过制备PtRu合金形成，该PtRu合金在保持在400℃或更低的导电性 载体上通过溅射法或者气相沉积法而包含T-元素和Q-元素。

Pt_xRu_yT_zQ_u　　　　(1)

T-元素选自Mo、W和V中至少一种以及Q-元素选自Nb、Cr、Zr 和Ti中至少一种。x是40-90at.％，y是0-9.9at.％，z是3-70at.％ 以及u是0.5-40at.％。