本发明专利技术涉及包含纳米级的贵金属粒子(例如铂或铂合金粒子)以及至少一种具有酸性基团的离聚物组分的胶态分散体。用于其制造的方法是基于用一种液体酸性离聚物组分对一种适合的贵金属前体化合物进行中和与溶解的过程，接着是一个还原步骤。适合的贵金属前体是由贵金属原子、氢原子、氧原子以及任选地碳原子组成。用于前体的实例为H2Pt(OH)6、Pd(OH)2或Ir(OH)4，优选的还原剂为脂肪族醇或氢气。本发明专利技术进一步涉及用于制造此类胶态分散体的预产物，即涉及含有贵金属前体和至少一种酸性离聚物化合物的组合物。这些胶态贵金属分散体基本上不含诸如盐或表面活性剂的污染物，并且可以进一步含有导电或非导电载体材料。这些胶态贵金属分散体可以用于制备催化剂油墨、离聚物层、催化剂层、电极或复合催化剂材料，并且在燃料电池技术(例如，PEMFC、DMFC或水电解槽)中找到了广泛应用。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】包含贵金属粒子和酸性离聚物组分的胶态分散体以及其制 造和使用方法 专利
本专利技术涉及包含纳米级的基于贵金属的粒子以及至少一种具有酸性基团的离聚 物组分的胶态分散体。披露了用于制造此类基于贵金属的胶态分散体的方法。在此背景下， 本专利技术进一步涉及一种用于其制造的预产物，即包含一种适合的贵金属前体化合物和至少 一种酸性离聚物化合物的组合物。最后，本专利技术涉及包含此类胶态分散体的催化剂油墨并 且涉及使用它们制造离聚物层、催化剂层、电极以及复合催化剂材料的方法。 通过采用诸如醇类或氢的适合的还原剂，使包含一种适合的贵金属前体化合物和 至少一种酸性离聚物化合物的这些预产物组合物转化成贵金属粒子的胶态分散体，这些胶 态分散体由该酸性离聚物化合物稳定并且基本上不含诸如有机聚合物、离子污染物或表面 活性剂的其他成分。 本专利技术的胶态贵金属分散体特别适用于制备离聚物层、催化剂层以及电极层，而 不需要随后的纯化步骤。专利技术背景由表面活性剂或有机聚合物稳定的纳米级的、胶态的铂分散体是本领域中已知 的。此类胶态分散体大部分被用于生产用于化学合成和电化学应用的催化剂材料；在这种 情况下典型地使铂粒子沉积到粉末状载体材料或多孔载体上，接着进行洗涤和干燥步骤。 铂粒子可以从此类胶态分散体直接沉积到表面上以便产生薄的催化层。例如可以通过使铂 粒子沉积到多孔陶瓷或碳网的表面上和/或内部上来产生用于电化学装置的气体扩散电 极（下文简称为GDE)。 此外，离聚物膜的表面也可以通过使铂粒子从胶态铂分散体沉积到其表面上、接 着进行干燥和洗涤来进行催化。 胶态铂分散体是在化学合成和电催化领域之外还在各种领域中具有潜在应用的 大量研究的主题，这些各种领域包括纳米技术、医药、环境科学（有机化合物的光氧化）以 及具有独特特性的新颖材料的合成。对于此类目的，还可以用不同有机配位体使处于分散 体形式的铂纳米粒子功能化，以便创造出具有先进功能性的有机/无机杂化材料。 胶态铂分散体特别有用于制备用于燃料电池的催化剂和催化剂层。 燃料电池（FC)是用于或商业上预见用于各种不同应用的发电电化学装置，这些 应用包括例如汽车传动系统、用于住宅供暖的固定单元、机载辅助动力单元（APU)、便携式 电子设备、远程或便携式备用单元等。PEM燃料电池（PEM-FC)更具体地说是包括一个固体-聚合物-电解质膜（为方便 起见，下文称为"膜"），例如一个质子传导全氟磺酸膜或一个烃酸膜的一种燃料电池。PEM 燃料电池还包括一个阴极层和一个阳极层，它们分别位于该膜的每一相反侧上。该阳极层 和该阴极层在下文也称为"电极层"或"电催化剂层"。PEM-FC的实例是氢气PEM-FC、重整氢气PEM-FC以及直接甲醇PEM-FC(下文简称 为"DMFC"）。在阳极层中，一种适当的电催化剂（总体上是一种铂电催化剂或一种铂合金 电催化剂）引起燃料（例如氢气或甲醇）氧化，从而显著地生成正性氢离子（质子）和带 负电的电子（在氢气燃料的情况下是氢气氧化反应HOR)。该膜只允许这些带正电的氢离子 通过它以到达阴极层，而这些带负电的电子沿着连接阳极与阴极的一个外电路行进，由此 产生一个电流。在阴极侧，使用来自阳极侧的4个电子和质子使氧气还原成水（氧气还原 反应ORR)。在阴极层中，一种适合的电催化剂（总体上是一种铂电催化剂）引起这些电子 和这些带正电的氢离子与氧气化合形成水，水从该电池中流出。总体上，发生在氢气或重整 氢气PEM-FC中的这些反应可以概括如下： 阳极：2H2- 4H++4e_ (HOR) 阴极：02+4e__i~4Hh-?? 2H20 (ORR) 总体上用于PEM-FC中的这些电催化剂包含铂或铂合金的精细分散的粒子，这些 粒子通常负载在碳黑上，以便确保适当电导率和大的电化学活性表面积。通常，这些电极层 还包含一种质子传导电解质，下文称为"离聚物"。 在重整氢气和直接甲醇PEM-FC的情况下，用于阳极层的电催化剂通常是铂合金 电催化剂，并且该铂合金通常是一种铂-钌合金，该铂-钌合金被专门设计成在重整氢气 PEM-FC的情况下有效地氧化由一个重整炉产生的富氢气体或者在直接甲醇PEM-FC(DMFC) 的情况下有效地氧化甲醇。 PEM-FC通常包含相对厚的多孔气体扩散层，下文简称为"⑶L"。这些多孔层位于 电极层与流场板之间。GDL的主要目的在于确保多种反应物气体更好地接近电极层并且有 效地从燃料电池中移除水（以液体或蒸汽形式），增强燃料电池的电导率，从而确保电极层 与流场板之间更好的电接触，并且最后但并非最不重要的是提供保持电极层的结构完整性 所必需的机械强度。 GDL通常包括碳纸或碳编织或非编织布，任选地用可变量的全氟化或部分氟化聚 合物和/或碳粒子糊剂进行处理以便适当地调节其电导率、机械强度、疏水性、孔隙率以及 质量传输特性。 该⑶L可以呈现一种单层或一种双层结构。当⑶L呈现一种双层结构时，它典型 地由一个通常朝向流场板定向的相对厚的大孔层（也称为GDL-衬底）和一个通常朝向电 极层定向的相对薄的微孔层（"GDL-MPL"）组成。该GDL-MPL的主要目的在于降低电极层 与大孔GDL衬底之间的接触电阻并且有效地使液体水从电极层（通常是阴极）芯吸到该大 孔衬底。 膜电极组件（下文简称为"MEA"）是PEM-FC的一个关键部件并且对其最终用途特 征具有显著影响。术语MEA总体上是用于指示一种多层结构，该多层结构包括膜与阳极和 阴极层以及任选地另外两个相邻GDL的组合。 PEM-FC总体上由一个堆叠组成，该堆叠通常包括大量MEA;这些MEA各自位于多个 相应流场板之间。数个MEA连同多个相应流场板一起堆叠成一个堆叠以产生高电压用于所 希望的应用。因为MEA是串接电连接，所以总PEM-FC堆叠电流同时流过所有MEA。 PEM-FC可以在多种不同条件（温度；入口反应物气体的类型、组成、流速以及湿 度，压力，电流，电压，稳定或高度动态等）下进行操作。这些条件有力地影响初始MEA性能 (例如在特定电流密度下递送的电压）和/或MEA寿命。 本专利技术还适用于提供用于PEM电解槽的改进的膜-电极组件（MEA)。PEM电解槽总体上具有一种与PEM燃料电池类似的结构，但它们以一种不同的方 式操作。在PEM燃料电池的操作过程中，在阴极发生氧气还原并且在燃料电池的阳极发生 氢气氧化。末端效应是产生了水和电力。另一方面，在PEM电解槽中电流的流动和电极反 转，这样使得发生水的分解。 在阳极发生氧气的释放（"氧气析出反应"或简称为"0ER"）并且在阴极发生质子 (H+)的还原（"氢气析出反应"或简称为"HER"），这些质子通过该聚合物电解质膜。结果 是在电流的帮助下水被分解成氢气和氧气。这些反应可以由以下方程概括：阳极：2H20 - 02+4H++4e_ (OER)阴极：4H++4e-?? 2H2 (HER) 用于PEM水电解槽的MEA(下文也称为"电解MEA"）总体上含有一个聚合物电解 质膜（例如，来自杜邦（DuPont)的NafkK)，该膜以一种夹心构造被安排在两个电极之 间以及两个多孔电流收集器（或气体扩散层）之间，这两个电流收集器各自被安装在电极 的两侧上。然而，由于电解MEA必须满足不同要求以及本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种包含贵金属前体化合物和至少一种酸性离聚物化合物的液体组合物，所述贵金属前体化合物是由贵金属原子、氢原子、氧原子以及任选地碳原子组成，并且其中该液体介质是由纯的去离子水、包含有机溶剂的水性组合物、或处于极性有机溶剂中的不含水的液体组合物组成。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·班德，G·海因茨，A·格希尔米，H·德齐阿拉斯，V·贝尼斯，
申请(专利权)人：索尔维克雷有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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