[發明專利]支撐型鈷氧化物催化劑的制造方法

無效

• 申請號: 201410330311.4
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104162428A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 黃家宏;劉世鈞;黃鎮江;李書鋒;陳立家;吳貞宜
• 申請（專利權）人: 臺南大學
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;H01M4/90
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 王峰;王珍仙

技術領域

本發明關于一種催化劑的制造方法，且特別關于一種支撐型鈷氧化物催化劑的制造方法。

背景技術

燃料電池具備低污染氣體排放、低噪音與可再生等優勢，因而被視為一款環保、潔凈且無污染的發電設備，并逐漸地于商業、住宅與交通等用途上替代如柴油引擎或汽油引擎等傳統石化發電設備。

燃料電池的工作原理如下：(1)氫氣進入電池內后，在電池的陽極發生氧化反應，而產生氫離子(H⁺)及釋放電子，這過程稱為“陽極半反應”；(2)產生的氫離子透過電池的電解質或質子交換膜為媒介傳送到電池的陰極，而釋放的電子則透過外部回路輸送到陰極，來產生電流；(3)傳送的氫離子與電子、和空氣中的氧氣于陰極匯集后，于陰極發生還原反應，而產生水，這過程稱為“陰極半反應”。一般而言，陽極半反應與陰極半反應于自然條件下的反應速率極為緩慢，而可于陽極或陰極上配置催化劑(也稱作“觸媒”)來改善反應速率，從而提升電池的電性效能。

最初，貴重金屬(如：鉑)及其相關化合物、合金已廣泛地使用為燃料電池的催化劑。這種催化劑雖能帶給燃料電池令人滿意的電性效能，但其含量稀少且市場價值不斐，進而連帶提升燃料電池的制造成本，并阻卻燃料電池的全球性發展。近年來，研究人員紛紛關注于非貴重金屬及其相關化合物、合金的研究，期盼它們能作為燃料電池的催化劑。舉例來說，A.Gulla等人在世界知識產權組織(WIPO)專利公開號WO2004/106591中報導一種氧氣還原(oxygen?reduction)用催化劑。此催化劑為承載于導電性碳黑且以Ru_xCo_yS(x∶y＝0.2∶1至5∶1)通式表示的硫化物，其制造過程為：將導電性碳黑浸潤于釕及鈷的母質鹽溶液中；干燥浸潤后的碳黑；及于硫化氫氛圍下處理干燥得到的生成物。另外舉例來說，陳盈潔等人于中華民國發明專利公開號201223634公開了一種合金催化劑。此催化劑為由50原子％至98原子％的鈀、2原子％至30原子％的鈷、及0.01原子％至小于5原子％的鉬所組成的，其制造過程為：將碳載體分散于乙二醇中，形成碳載體分散液；將鈀鹽、鈷鹽、及鉬鹽水溶液加入碳載體分散液中，形成乙二醇水溶液；調整乙二醇水溶液的pH值，使鈀鹽、鈷鹽、及鉬鹽還原并吸附到碳載體上，形成合金催化劑；及于還原氣氛下熱處理合金催化劑。

綜上可知，金屬鈷及其相關化合物、合金雖已作為燃料電池的催化劑數年，但此類催化劑的制造過程過于冗長，恐不利于燃料電池的大規模制造。再者，這類催化劑的粒徑普遍不均，使得燃料電池無法發揮最適化的電性效能，更無法降低燃料電池的制造成本。

發明內容

本發明的目的在于提出一種新穎的催化劑的制造方法。而此法含有以下步驟：添加氯化鈷、螯合劑及碳質材料(carbonaceous?material)至溶劑中，使氯化鈷中的鈷離子(Co³⁺)與螯合劑反應形成吸附于碳質材料上的鈷絡合物，以制得混合液；干燥混合液，以得到干燥產物；及微波處理干燥產物，以形成支撐型鈷氧化物催化劑，而支撐型鈷氧化物催化劑含有載體及承載于載體的鈷氧化物粒子。

根據本發明，此法容易操作且相當省時，因而可方便且迅速地取得支撐型鈷氧化物催化劑。此外，支撐型鈷氧化物催化劑中的鈷氧化物粒子具有均一性的粒徑，于是當支撐型鈷氧化物催化劑作為燃料電池的催化劑時，不僅可讓燃料電池發揮最適化的電性效能，尚能降低燃料電池整體的制造成本。

附圖說明

圖1為流程示意圖，說明本發明實施方式的催化劑的制造方法。

圖2為透射電子顯微鏡(transmission?electron?microscope，TEM)照片圖，顯示制備例1得到的催化劑的外觀。

圖3為透射電子顯微鏡照片圖，顯示制備例2得到的催化劑的外觀。

圖4為透射電子顯微鏡照片圖，顯示制備例3得到的催化劑的外觀。

圖5為透射電子顯微鏡照片圖，顯示制備例4得到的催化劑的外觀。

圖6為透射電子顯微鏡照片圖，顯示制備例5得到的催化劑的外觀。

圖7為透射電子顯微鏡照片圖，顯示制備例6得到的催化劑的外觀。

圖8為X射線衍射分析儀結果圖，說明制備例1至5得到的催化劑的組成。

圖9為循環伏安法結果圖，說明制備例1至5得到的催化劑的電化學性質。

圖10為線性掃描伏安法結果圖，說明制備例1至5得到的催化劑的電化學性質。