用于燃料电池阳极的催化剂，包含Pd与至少两种其它过渡金属的合金，所述至少两种其它过渡金属中的至少一种至少与Pd一样强烈地结合至氢和/或一氧化碳。更加强烈地结合的合适的过渡金属为Co,W,Ti,V,Cr,Fe,Mo,Nb,Hf,Ta,Zr和Re。PdCoW为最优选的合金。所述催化剂用在氧化氢燃料电池、例如PEMFC的阳极上，从而催化氢的氧化反应。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于燃料电池阳极的金属合金催化剂 本专利技术涉及用于燃料电池阳极的金属合金催化剂，包括这样的催化剂的阳极和燃 料电池，制造这样的阳极的方法，这样的金属合金催化剂用于制造阳极和将燃料氧化的用 途，在包括这样的阳极的燃料电池中将燃料氧化的方法以及由此产生电能的方法。特别地， 所述催化剂为钯与单独地至少如钯一样强烈地结合氢和/或一氧化碳的金属的合金，并将 所述催化剂施加至用于氢的氧化反应（HOR)的阳极。 燃料电池包含将燃料氧化的阳极，和将氧化性物质例如氧还原的阴极。电解质允 许离子在电极之间的输送。将燃料和氧化剂分别供给至各个电极。随着燃料在阳极处被氧 化，电子被释放并经过外部电路到达阴极，在所述阴极处所述电子在氧化性物质的还原时 被消耗。在聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC)中，所使用的燃料通常为氢，并且氧化性物质 通常为氧；聚合物电解质能够允许质子从阳极流至阴极。 氢为燃料电池中最为常见的燃料，并且HOR为阳极处最为常见的反应。可以使用 其它燃料例如甲醇，例如在特别适用于便携式设备的直接甲醇燃料电池中，在这种情况中 在阳极处会发生甲醇氧化反应，但是该专利技术主要涉及用于HOR的催化剂。 在阴极和阳极处都需要催化剂以分别使氧的还原反应（ORR)和氢的氧化反应 (HOR)发生。铂为用于这两种反应的优良催化剂，并且通常地基于铂或铂合金的材料已用于 促进所述反应。理想对于催化剂来说通常的是，对于特定反应的反应物、产物和/或反应中 间体不应当过强或过弱地结合至催化剂表面，因为这可影响反应中的速率确定步骤。 "Norskov 等人"（Nerskov;， J. K.等人，Journal of The Electrochemical Society, 2005. 152(3):第 J23-J26 页）和"Greeley 等人"（Greeley, J.等人，Nat Mater, 2006. 5(11):第909-913页）已经比较了几种过渡金属的氢结合能和它们对于析氢 反应（氢的氧化反应的逆转）的活性。明确的是，与或多或少强烈地结合氢的其它金属相 比，铂是用于这些反应的理想金属。然而，铂是稀有且昂贵的金属，并且付诸了大量的努力 来寻找替代性燃料电池催化剂以替代铂或增强铂对于相关反应的活性从而允许较低的负 载。 燃料电池中的限制反应通常为在阴极处发生的氧的还原反应。看到用于氧还原反 应的大的过电势是由于存在表面铂氧化物而导致的催化剂表面中毒。已经进行了大量的研 究来确定在燃料电池中用于氧的还原反应的替代性催化剂。作为燃料电池中的替代性阴极 催化剂，钯和钯合金已经受到关注。尽管钯比铂更加强烈地结合氧，并且因此是不太有效的 氧还原催化剂，但是钯仍具有对于反应来说相对高的活性，并且比铂廉价。因此，其可潜在 地降低了用于ORR的催化剂的成本。使其它金属与钯合金化以试图提高钯对于氧的还原反 应的活性。 包含钴连同钯的合金已经显示出改进了钯对于氧的还原反应的活性（例 如 Ferruindez，J. L.，D. A. Walsh 和 A. J. Bard, Journal of the American Chemical Society，2004. 127 (I):第357-365页）。所提出的是，钴通过优先结合并分离氧，在钯上 留下更多的自由表面位点以进行还原过程来增强钯的活性。然而，还示出作为二元合金的 钯钴在燃料电池运行条件下不是特别稳定，并且其稳定性通过添加第三合金化元素得到增 强。在W02007042841中已经确认了增加用于燃料电池环境中阴极的合金的稳定性的几种 元素，包括妈。 因为氢的氧化反应不是燃料电池中的限制反应，所以可显著地降低铂催化剂在阳 极处的负载。因此，更少地关注于寻找用于氢的氧化反应的替代性催化剂（由于与阴极催 化剂相比阳极催化剂的成本更低）。然而，关注了使铂与其它金属合金化以减少燃料流例如 一氧化碳内的污染物使铂表面中毒。铂-钌合金目前为PEM燃料电池所选择的标准阳极催 化剂。 一 些研究（例如 Pattabiraman, R·，Applied Catalysis AzGeneral，1997. 153(1 - 2):第9-20页）聚焦于钯作为阳极催化剂，然而钯比铂更强烈地 结合氢，并还可将氢吸附至其结构中。因此，在阳极催化剂在PEM燃料电池中所必须运行的 电势下，由于氢吸附所导致的钯晶格经历的膨胀和收缩，钯不可能是稳定的。 如下所述的，提出几种钯合金催化剂作为氢的氧化或析氢催化剂。因为析氢/氢 的氧化反应为非常可逆的，所以已经示出的是，如果催化剂对于析氢来说是活性的，那么总 的来说，其对于氢的氧化反应来说是活性的（例如Al-odail, F. A.，A. Anastasopoulos,和 B.E.Hayden，Physical Chemistry Chemical Physics, 2010. 12(37):第 11398-11406页）〇 "Norskov等人"和"Greeley等人"提出如果强烈地结合氢的金属与较弱地结合氢 的金属合金化，那么对于析氢来说，这种合金将具有比这两种母金属优异的活性。因此不会 出乎预料的是，在关于析氢或氢的氧化催化剂的文献中考虑的许多钯合金为与Norskov等 人提出的与氢具有更弱作用的金属（例如Au, Rh, Pt, Bi或Ir)合金化的钯。在如下的论文 和专利中描述了 Pd与这些金属的合金： Schmidt, T. J.等人.Journal of Electroanalytical Chemistry, 2001. 501 (I - 2):第 132-140 页。 Al-Odail, F. , A. Anastasopoulos,和 B.Hayden, Topics in Catalysis, 2011. 54(1-4):第 77-82 页。 Al-Odail, F. A.，A. Anastasopoulos,和 Β· Ε· Hayden, Physical Chemistry Chemical Physics, 2010. 12(37):第 11398-11406 页。 Bonnefont，A.等人，Catalysis Today, 2013. 202 (0):第 70-78 页。 Gibbs, C.，F. Liu 和 D. Papageorgopoulos，GB2481309A，2011。 Hayden, Β· E.和 A. Anastasopoulos，GB2478981B，2012。 Lukaszewski, Μ·，K. Hubkowska和 A. Czerwinski, Physical Chemistry Chemical Physics, 2010. 12(43):第 14567-14572 页。 Schmidt, T. J.等人，Electrochimica Acta, 2003. 48 (25 - 26):第 3823-3828 页。 Simonov, A. N.等人，Electrochimica Acta, 2012. 76 (0):第 344-353 页。 Alcaide, F.等人，International Journal本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于燃料电池阳极的催化剂，包含Pd与至少两种其它过渡金属的合金，所述至少两种其它过渡金属中的至少一种至少如Pd一样强烈地结合氢和/或一氧化碳。
【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：B·E·海登，J·C·戴维斯，L·J·奥芬，
申请(专利权)人：爱利卡技术有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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