[發明專利]形成具有鉑原子的原子層的催化劑的方法

有效

• 申請號: 201710991030.7
• 申請日: 2011-02-22
• 公開（公告）號: CN107649110B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: M.邵;K.凱恩科;M.P.亨伯特
• 申請（專利權）人: 奧迪股份公司;豐田自動車株式會社
• 主分類號: B01J21/08
• 分類號: B01J21/08;B01J23/44;B01J23/89;B01J37/02;B01J37/06;B01J37/34;H01M4/86;H01M4/92
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張萍;李炳愛

形成催化劑材料的方法，其包括阻礙置換反應的反應速率和控制鉑簇的形成，其中用鉑原子置換金屬原子的原子層，以產生包含鉑原子的原子層的催化劑材料。

本申請是申請號為201180068250.3(PCT/US2011/025693)、申請日為2011年2月22日、發明名稱為“形成具有鉑原子的原子層的催化劑的方法”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及產生具有更均勻的鉑原子的原子層的催化劑材料的方法。

背景技術

在電化學反應（例如在燃料電池內產生電流的電化學反應）中，鉑是已知的，并用作催化劑材料。可將鉑沉積在承載在碳顆粒上的貴金屬的金屬核上。為了增大鉑的物質活性（mass activity），以貴金屬核上的薄層形式來提供鉑。

用于制備此類催化材料的一種常規制造方法涉及首先將具有比鉑低的還原電勢的金屬原子薄層沉積到貴金屬核顆粒上。一些制造者使用欠電勢（underpotential）沉積方法來沉積作為較低還原電勢金屬的銅原子。然后將核顆粒與含有鉑鹽的溶液混合。溶液中的鉑原子自發地置換貴金屬核上的銅原子，以產生在貴金屬核上的鉑原子薄層。

發明內容

公開的是形成催化劑材料的方法，其包括阻礙置換反應的反應速率，其中用鉑原子置換金屬原子的原子層，以產生包含鉑原子的原子層的催化劑材料。

另一方面，形成催化劑材料的方法包括在表面活性劑的存在下，用鉑原子置換金屬原子的原子層，以產生包含鉑原子的原子層的催化劑材料。

還公開的是形成催化劑材料的方法，其包括以下步驟：提供包含被金屬原子的原子層覆蓋的金屬核的顆粒，提供包含表面活性劑和鉑鹽的溶液，和用所述溶液處理所述顆粒，以用來自該溶液的鉑原子置換所述金屬原子，并產生包含被鉑原子的原子層覆蓋的金屬核的催化劑材料。

附圖說明

從下列詳述，對于本領域技術人員來說，所公開的實例的各種特征和優點將變得明顯?？蓪⒃撛斒鏊S附的圖簡單描述如下。

圖1圖解了示例性催化劑材料。

圖2圖解了通過欠電勢沉積來沉積金屬的原子層的實例。

圖3圖解了使用表面活性劑來阻礙反應速率的置換反應的實例。

具體實施方式

圖1示意性地圖解了示例性催化劑材料20的所選部分，所述催化劑材料20具有高度活性，并可用于燃料電池或其它催化環境中。在該實例中，催化劑材料20包含碳載體（carbonsupport）22和附著于該碳載體的表面上的金屬核24。金屬核24被殼26覆蓋。殼26是鉑原子的原子層。金屬核24可以是貴金屬或金屬（例如鉑、金或其它貴金屬）的混合物。

在實施方式中，殼26是原子單層(即，一個原子厚度)。然而，雖然殼26通常具有均勻厚度，但是應理解，殼26的一些部分可以是較薄的（亞單層（submonolayer））或較厚的（數個原子厚度）。

如將進一步詳述的，用于在金屬核24上形成殼26的方法產生了鉑原子的原子層的更均勻厚度，從而增強了鉑的物質活性。

用于形成殼26的方法涉及置換反應，其中鉑原子置換金屬核24上較低還原電勢的金屬原子。在一些實例中，較低還原電勢的金屬原子是銅。使用欠電勢沉積方法(UPD)可將銅沉積在金屬核24上。UPD是用于沉積原子層厚度的銅原子的臨時性殼28的技術。然后用包含鉑的溶液來處理金屬核24和銅的臨時性殼28。