[發明專利]鈀和鈀－合金顆粒上的氫吸附誘導的金屬沉積

無效

• 申請號: 200580047463.2
• 申請日: 2005-08-23
• 公開（公告）號: CN101111337A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 王佳;拉多斯拉夫·R·阿季奇
• 申請（專利權）人: 布魯克哈文科學協會
• 主分類號: B22F9/00
• 分類號: B22F9/00;B22F9/06;B22F9/16;C22C28/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 章社杲;李丙林

本發明是由美國能源部授予的合同號為DE-AC02-98CH10886 的政府資助下完成的。政府享有本發明的某些權利。

技術領域

本發明涉及一種用于生產例如在燃料電池中作為氧-還原電催 化劑很有用的金屬涂敷的鈀或鈀-合金顆粒的方法。本發明尤其涉及 用于生產具有低鉑負載量同時具有高催化活性的鉑表面單層納米 顆粒復合物的方法。

背景技術

“燃料電池”是一種能夠將化學能轉化成電能的裝置。在典型的 燃料電池中，氣態燃料如氫被供應到陽極(負極)，而氧化劑如氧 被供應到陰極(正極)。在陽極，燃料的氧化導致電子從該燃料釋 放到連接陽極和陰極的外電路中。由此，氧化劑利用被氧化的燃料 提供的電子在陰極被還原。通過離子流過允許電極之間可以發生化 學相互作用的電解質而完成整個電回路。電解質通常是將陽極和陰 極室分開且也是電絕緣的質子傳導聚合物膜形式。這樣的質子傳導 膜的一個眾所周知的實例是NAFION。

盡管具有與典型電池類似的組件和特征，但是燃料電池在多個 方面還是不相同的。電池是一種能量儲存裝置，其可利用的能量是 由儲存在電池自身之中的化學反應物的量所決定的。當所儲存的化 學反應物被耗盡時，電池將停止產生電能。相反，燃料電池是一種 能量轉換裝置，理論上講，只要向電極供應燃料和氧化劑，它就具 有產生電能的能力。

在典型的質子交換膜(PEM)燃料電池中，氫被供給陽極而氧 被供給陰極。氫被氧化成質子，同時將電子釋放到外電路中。氧在 陰極被還原成還原的氧物種(物質)。質子穿過質子傳導膜遷移到 陰極室而與還原的氧物種反應生成水。在典型的氫/氧燃料電池中的 反應如下：

陽極：2H₂→4H⁺+4e^-????(1)

陰極：O₂+4H⁺+4e^--→2H₂O??(2)

凈反應：2H₂+O₂→2H₂O????(3)

在許多燃料電池系統中，氫燃料是通過將基于烴的燃料如甲烷 或含氧的烴類燃料如甲醇以稱為“重整(reforming)”的過程轉化成 氫而生產的。重整過程通常涉及甲烷或甲醇與水的反應以及應用熱 來生產氫連同副產物二氧化碳和一氧化碳。

其它燃料電池(稱為“直接”或“非重整”燃料電池)直接氧化高 氫含量的燃料，而無需通過重整過程將氫首先分離出來。例如，自 上世紀50年代以來，已經知道低級伯醇，特別是甲醇可以被直接 氧化。因此，人們做出了大量的努力以開發所謂的“直接甲醇氧化” 燃料電池，因為這種電池具有繞過重整步驟的優點。

為了使燃料電池中的氧化和還原反應以有用的速率和所需的 電勢進行，需要使用電催化劑。電催化劑是促進電化學反應速率的 催化劑，因此，允許燃料電池在較低的超電勢下工作。因此，在沒 有電催化劑的情況下，將發生典型的電極反應，如果一點也沒有， 則僅在極高的超電勢下發生反應。由于鉑的高催化特性，負載鉑和 鉑合金物質優選作為燃料電池陽極和陰極中的電催化劑。

然而，鉑是價格高得驚人的貴金屬。事實上，利用當前最先進 的電催化劑所需的鉑加載量對于燃料電池的商業化可靠的大規模 生產來說，成本仍然太高。