[發明專利]觸媒與其形成方法

有效

• 申請號: 201010611885.0
• 申請日: 2010-12-21
• 公開（公告）號: CN102553612A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 陳盈潔;張美元;陳彥至;盧敏彥
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;H01M4/92
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

技術領域

本發明涉及觸媒，更特別地涉及該觸媒的組成比例與形成方法，以及該觸媒在燃料電池中的應用。

背景技術

直接甲醇燃料電池(DMFC)為一種直接使用燃料在低溫操作的供電裝置，由于在低溫條件下操作，必須使用觸媒使其達到理想發電效率。由于質子交換膜燃料電池(PEMFC)主要使用氫氣作為燃料來源，然后純氫在運輸與儲存上都有其難度，因此多半使用重組器將甲醇或其他碳氫燃料轉換為所需的燃料氣體，而這些燃料氣體往往帶有一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO₂)等不純物，因此簡單直接反應的直接甲醇燃料電池(DMFC)即受到重視。目前發展主要分為主動式與被動式，主動式燃料電池系統的輸出功率通常設計在10W以上，適用于定置型產品，一般在低甲醇濃度(1M)下操作。對于低功率和1W以下的產品需求則發展出被動式燃料電池系統，適用于攜帶型產品，一般在高甲醇濃度(5M)下操作。雖然傳統上多使用鉑作為電極材料，其也具有良好的電化學特性，但金屬鉑含量有限而價格也居高不下，使得實際應用變得困難，即使添加第二金屬形成Pt-M作為陰極觸媒而減少鉑的使用量，但不論在主動式或是被動式系統，仍面臨陽極甲醇穿透至陰極造成陰極觸媒被一氧化碳(CO)毒化的問題，導致觸媒活性降低甚至完全失去催化能力。因此，價格較便宜的鈀逐漸受到重視。然而鈀本身催化活性不佳，目前已有一些探討鈀為主體的觸媒，但大部分所得的觸媒氧還原能力都不佳，或是為低負載量，低負載量在涂布時因為需要涂布較厚的觸媒層而面臨質傳問題。

美國專利US?7713910利用合成PtM降低成本，但仍無法避免甲醇穿透所造成的毒化問題。目前一般研究Pd系的觸媒合金多在低負載量下探討，這是由于低負載量因為容易分散與合成，可達到較佳的活性，但在實際應用時需涂較厚的觸媒層導致質傳問題，使實際應用不易。美國專利US?7632601所合成的PdCo雖可達到與Pt相近的活性，但是該觸媒合成的負載量僅約20wt％～30wt％，因此仍有其不足之處。US7498286則是以碳為載體合成的PdCoMo，雖然活性與穩定度皆有提升，但是金屬負載量約為20wt％，因此也難以實際應用至DMFC系統。除此之外，該文獻使用化學還原法還原Pd和Co的前體(六氯鈀酸銨和硝酸鈷)在碳載體(XC-72R)上形成PdCo/C，再使用含浸法(Impregnation?Method)將Mo(七鉬酸銨)含浸上PdCo/C，為兩步驟合成的方法。其元素組成比例為Pd介于60-80原子％之間，Co介于10-30原子％之間，Mo則介于5-15原子％之間。此方法的缺點為兩步制造方法，且Mo的含量較高。

綜上所述，目前亟需新的觸媒組成及制法解決上述問題。

發明內容

本發明提供了一種觸媒，其包括碳載體，以及吸附于該碳載體表面上的合金觸媒，其中所述合金觸媒由50原子％至98原子％的鈀、2原子％至30原子％的鈷，以及0.01原子％至小于5原子％的鉬組成。

附圖說明

圖1為在本發明的實施例中，具有不同Mo含量的觸媒在0.5M硫酸與0.75V的電壓下的活性比較圖；

圖2為在本發明的實施例中，具有不同Mo含量的觸媒在1M甲醇與0.75V的電壓下的活性比較圖；

圖3為在本發明的實施例中，具有不同Mo含量的觸媒在0.5M硫酸中的耐久度比較圖；以及

圖4為在本發明的實施例中，具有不同Mo含量的觸媒在1M甲醇中的耐久度比較圖。

具體實施方式

本發明的實施例提供了一種觸媒的形成方法。首先將碳載體分散于乙二醇中，形成碳載體分散液。所述碳載體可為活性碳、炭黑、碳納米粒、碳納米管、碳納米纖維、爐黑、石墨炭黑、石墨，或上述的組合。在本發明的一個實施例中，碳載體的表面積介于10m²/g至2000m²/g之間。若碳載體的表面積過小，則觸媒負載量將下降，且觸媒顆粒會有不均勻分散于載體上的現象。若碳載體的表面積過大，則通常具有較多微孔，對分散幫助不大，孔洞還容易被觸媒阻塞。