载体-纳米颗粒复合物、包含其的催化剂及其生产方法技术

本说明书涉及载体‑纳米颗粒复合物、包含其的催化剂、包含该催化剂的电化学电池或燃料电池、及其制备方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】载体-纳米颗粒复合物、包含其的催化剂及其生产方法
本专利技术要求于2016年2月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0012913号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本说明书涉及载体-纳米颗粒复合物、包含其的催化剂、包含该催化剂的电化学电池或燃料电池、及其制备方法。
技术介绍
炭黑通常用作燃料电池催化剂的载体。然而，当使用炭黑作为载体时，由于碳的腐蚀而出现耐久性的问题。为了减轻这个问题，已经积极进行了对具有高耐腐蚀性的结晶碳形式的碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)、碳纳米笼(CNC)等的研究。然而，这些结晶碳形式的问题在于，这些碳形式由于其强的表面斥水性而没有充分地分散在极性溶剂中。由于这个原因，在将铂负载到碳载体中的过程中存在铂聚集而不均匀分散的问题。
技术实现思路
技术问题本说明书致力于提供载体-纳米颗粒复合物、包含其的催化剂、包括该催化剂的电化学电池或燃料电池、及其制备方法。技术方案本说明书提供了一种载体-纳米颗粒复合体，其包括：其表面上设置有聚合物层的碳载体；和设置在碳载体的聚合物层上的金属纳米颗粒，其中聚合物层包含聚烯亚胺，以及基于具有聚合物层的碳载体的总质量，聚合物层的氮元素(N)的含量为0.5重量％或更多。此外，本说明书提供了包含载体-纳米颗粒复合物的催化剂。此外，本说明书提供了包含所述催化剂的电化学电池。此外，本说明书提供了一种膜电极组件，其包括：阳极；阴极；以及设置在阳极与阴极之间的聚合物电解质膜，其中阳极和阴极中的至少一者包含所述催化剂。此外，本说明书提供了包括所述膜电极组件的燃料电池。此外，本说明书提供了一种用于制备载体-纳米颗粒复合物的方法，所述方法包括：在碳载体上形成包含聚烯亚胺的聚合物层；以及通过将金属前体和形成有聚合物层的碳载体添加到溶剂中在碳载体的聚合物层上形成金属纳米颗粒，其中基于形成有聚合物层的碳载体的总质量，聚合物层的氮元素(N)的含量为0.5重量％或更多。有益效果根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米颗粒复合物具有金属纳米颗粒的分散性优异的优点。根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米颗粒复合物具有热稳定性优异的优点。根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米颗粒复合物具有耐久性优异的优点。根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米颗粒复合物具有可降低工艺成本的优点，原因是没有使用表面活性剂，因此不存在除去表面活性剂的过程。根据本说明书的一个示例性实施方案的用于制备载体-纳米颗粒复合物的方法可以通过简单的工艺制备载体-纳米颗粒复合物，因此容易大量生产载体-纳米颗粒复合物。附图说明图1为示出燃料电池的发电原理的示意图。图2为示意性地示出用于燃料电池的膜电极组件的结构的视图。图3为示意性地示出燃料电池的示例的视图。图4为实验例1中的电流密度的图。图5为考虑实验例1中的Pt负载量来测量单位质量的活性的图。图6为实施例1在实验例2中的初始TEM图像。图7为实施例1在实验例2中的1000次之后的TEM图像。图8为比较例1在实验例2中的初始TEM图像。图9为比较例1在实验例2中的1000次之后的TEM图像。图10为实施例2的TEM图像。图11为实施例3的TEM图像。图12为实施例3的XRD图案图像。图13为比较例2的TEM图像。图14为实施例1和比较例2电流密度的图。图15为实施例4的TEM图像。图16为实施例5的TEM图像。图17为实施例1、4和5的电流密度的图。图18为比较例3的TEM图像。<附图标记>10：电解质膜20、21：催化剂层40、41：气体扩散层50：阴极51：阳极60：堆叠体70：氧化剂供应部80：燃料供应部81：燃料箱82：泵具体实施方式在下文中，将详细地描述本说明书。本说明书提供了一种载体-纳米颗粒复合物，其包括：其表面上设置有聚合物层的碳载体；和设置在碳载体的聚合物层上的金属纳米颗粒，其中聚合物层包含聚烯亚胺和具有膦基的聚合物中的至少一者。根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米颗粒复合物，通过在载体表面的一个区域上形成包含聚烯亚胺和具有膦基的聚合物中的至少一者的聚合物层，可以诱导金属纳米颗粒键合至聚烯亚胺的胺基和具有膦基的聚合物的膦基中的至少一者。因此可以减轻金属纳米颗粒的聚集现象以提高金属纳米颗粒的分散性。在本说明书中，载体-纳米颗粒复合物的平均尺寸意指连接载体-纳米颗粒复合物的表面上两点的线中最长的线的平均长度。碳载体可以包括选自以下的一者或更多者：炭黑、碳纳米管(CNT)、石墨、石墨烯、活性炭、介孔碳、碳纤维和碳纳米线。碳载体表面的一部分或全部可以设置有聚合物层。碳载体表面的50％或更大且100％或更小可以设置有聚合物层，具体地，碳载体表面的75％或更大且100％或更小可以设置有聚合物层。聚合物层可以包含聚烯亚胺和具有膦基的聚合物中的至少一者。聚烯亚胺可以是具有脂族烃主链并且在其主链和侧链上包含至少10个或更多个胺基的聚合物。此时，胺基包括伯胺基、仲胺基、叔胺基和季胺基，并且在聚烯亚胺的主链和侧链中包含的胺基中，伯胺基、仲胺基、叔胺基和季胺基中的至少一者可以为10个或更多个。聚烯亚胺的重均分子量可为500或更大且1000000或更小。聚烯亚胺可以包含由以下化学式1表示的重复单元和由以下化学式2表示的重复单元。[化学式1][化学式2]在化学式1和2中，E1和E2各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，R为由以下化学式3至5中的任一者表示的取代基，以及o和p各自为1至1000的整数，[化学式3][化学式4][化学式5]在化学式3至5中，A1至A3各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，以及R1至R3各自独立地为由以下化学式6至8中的任一者表示的取代基，[化学式6][化学式7][化学式8]在化学式6至8中，A4至A6各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，以及R4至R6各自独立地为由以下化学式9表示的取代基，[化学式9]在化学式9中，A7为具有2至10个碳原子的亚烷基。聚烯亚胺可以是由以下化学式11表示的化合物。[化学式11]在化学式11中，Y1、Y2和Y3各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，R为由以下化学式3至5中的任一者表示的取代基，n和m各自为1至5的整数，以及l为1至200的整数，[化学式3][化学式4][化学式5]在化学式3至5中，A1至A3各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，以及R1至R3各自独立地为由以下化学式6至8中的任一者表示的取代基，[化学式6][化学式7][化学式8]在化学式6至8中，A4至A6各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，以及R4至R6各自独立地为由以下化学式9表示的取代基，[化学式9]在化学式9中，A7为具有2至10个碳原子的亚烷基。在本说明书中，意指取代基的取代位置。在本说明书中，亚烷基可以是直链或支化的，并且其碳原子数没有特别限制，但优选为2至10。其具体实例包括亚乙基、亚丙基、亚异丙基、亚丁基、亚叔丁基、亚戊基、亚己基、亚庚基等，但不限于此。基于具有聚合物层的碳载体的总质量，聚合物层的氮元素(N)的含量可以为0.5重量％或更多。具体地，基于具有聚合物层的碳载体的总质量，聚合物层的氮元素(N)的含量可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种载体‑纳米颗粒复合物，包括：其表面上设置有聚合物层的碳载体；和设置在所述碳载体的所述聚合物层上的金属纳米颗粒，其中所述聚合物层包含聚烯亚胺，以及基于具有所述聚合物层的所述碳载体的总质量，所述聚合物层的氮元素(N)的含量为0.5重量％或更多。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.02 KR 10-2016-00129131.一种载体-纳米颗粒复合物，包括：其表面上设置有聚合物层的碳载体；和设置在所述碳载体的所述聚合物层上的金属纳米颗粒，其中所述聚合物层包含聚烯亚胺，以及基于具有所述聚合物层的所述碳载体的总质量，所述聚合物层的氮元素(N)的含量为0.5重量％或更多。2.根据权利要求1所述的载体-纳米颗粒复合物，其中所述聚烯亚胺包含由以下化学式1表示的重复单元和由以下化学式2表示的重复单元：[化学式1][化学式2]在化学式1和2中，E1和E2各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，R为由以下化学式3至5中的任一者表示的取代基，o和p各自为1至1000的整数，以及[化学式3][化学式4][化学式5]在化学式3至5中，A1至A3各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，R1至R3各自独立地为由以下化学式6至8中的任一者表示的取代基，[化学式6][化学式7][化学式8]在化学式6至8中，A4至A6各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，以及R4至R6各自独立地为由以下化学式9表示的取代基，[化学式9]在化学式9中，A7为具有2至10个碳原子的亚烷基。3.根据权利要求1所述的载体-纳米颗粒复合物，其中所述聚烯亚胺为由以下化学式11表示的化合物：[化学式11]在化学式11中，Y1、Y2和Y3各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，R为由以下化学式3至5中的任一者表示的取代基，n和m各自为1至5的整数，l为1至200的整数，[化学式3][化学式4][化学式5]在化学式3至5中，A1至A3各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，R1至R3各自独立地为由以下化学式6至8中的任一者表示的取代基，[化学式6][化学式7][化学式8]在化学式6至8中，A4至A6各自独立地为具有2至10个碳原子的亚烷基，以及R4至R6各自独立地为由以下化学式9表示的取代基，[化学式9]在化学式9中，A7为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵俊衍，金洸贤，金相勋，崔兰，黄教贤，李源均，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR