[发明专利]催化剂涂料

说明书

本申请是申请日为2012年1月30日、申请号为201210028442.8、题为“催化剂涂料”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种薄膜涂料催化剂。

背景技术

虽然在汽车应用中为了利用燃料电池(FC)技术已经考虑到可靠性和工作寿命，但是催化活性仍然是为了使燃料电池技术特别是燃料电池车辆商业化需要彻底考虑的一个因素。已经致力于对具有期望的电催化氧化还原反应(ORR)的燃料电池催化剂的开发。为此，燃料电池催化剂显示出对支撑在碳上的纯铂纳米颗粒和/或纯铂合金纳米颗粒的一些改进。然而，这些传统的催化剂因作为纳米颗粒而仍然倾向于存在团聚、溶解和其它耐久性问题。对用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)应用的耐久的和活性的催化剂的开发依然是一项挑战。

发明内容

在一个实施例中，一种催化剂涂料包括多个催化剂颗粒，每个催化剂颗粒包括支撑二维(2D)可扩展催化剂膜的颗粒基体，2D可扩展催化剂膜包括至少一种贵金属，2D可扩展催化剂膜包括存在于连续膜中的多个催化剂金属原子，所述多个催化剂金属原子基本上彼此连接而不需要中间连接介质。2D 可扩展催化剂膜可接触颗粒基体的外表面。2D可扩展催化剂膜可接触颗粒基体的内表面。

在另一实施例中，颗粒基体的基体尺寸比2D可扩展催化剂膜的厚度大 50倍至10000倍。在某些情况下，颗粒基体的基体尺寸比2D可扩展催化剂膜的厚度大100倍至5000倍。

在又一实施例中，2D可扩展催化剂膜的厚度为1至20个原子层。

在又一实施例中，对于至少一部分颗粒，催化剂涂料还包括设置在颗粒基体和2D可扩展催化剂膜之间的第一中间涂层。在某些情况下，催化剂涂料还包括设置在颗粒基体和2D可扩展催化剂膜之间的第二中间涂层。在某些其它情况下，第一中间涂层在组分上不同于第二中间涂层。

在又一实施例中，催化剂涂料还包括涂料填料。

附图说明

图1A描绘了根据本发明一个或多个实施例的催化剂涂料(catalyst ink)；

图1B1描绘了图1A中涉及的催化剂颗粒的放大剖视图；

图1B2描绘了图1B1中涉及的催化剂颗粒的另一放大剖视图；

图1C描述了图1B1中涉及的催化剂颗粒的另一放大剖视图；

图2A描绘了图1A中涉及的催化剂涂料的变型的放大剖视图；

图2B描绘了图2A中涉及的催化剂涂料的放大剖视图；

图3描绘了图1A中的催化剂涂料的变型；

图4A描绘了根据在此描述的一个或多个示例的样品基体颗粒；

图4B描绘了图3中涉及的铂涂覆基体颗粒的放大图；

图5描绘了与在此描述的一个或多个示例中采用的Pt多晶盘相比，基于由如在图4B中所见的铂涂覆颗粒制成的涂料的单体电池的循环伏安图；

图6描绘了根据在此描述的一个或多个示例的配备有Pt涂覆玻璃珠阴极的单体电池的极化曲线；

图7描绘了根据在此描述的一个或多个示例的被涂覆的基体颗粒和未被涂覆的基体颗粒的XRD图案；

图8A至图8C描绘了在本发明的一个或多个实施例中涉及的形成线 (wire)的示例性步骤；

图9A至图9D描绘了在图8A至图8C中涉及的形成线的示例性步骤；以及

图10A和图10B描绘了现有技术的催化剂纳米颗粒。

具体实施方式

按照所要求的，在此公开了本发明的详细实施例；然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的可以以各种可替换的形式实施的示例。附图不一定是按照比例的；会夸大或最小化一些特征，以示出具体组件的细节。因此，在此公开的具体的结构和功能的细节并不被解释为限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以各种方式实施本发明的代表性基准。