本发明专利技术提供一种晶格常数为３．８５６～３．８８５＊、粒度为２～５ｎｍ的铂（Ｐｔ）／钌（Ｒｕ）合金催化剂，该合金催化剂担载在载体上。Ｐｔ／Ｒｕ合金催化剂高度耐ＣＯ中毒，从而当使用时具有更高的催化活性。即，利用少量Ｐｔ／Ｒｕ合金催化剂，可以制得具有较长寿命的电极和燃料电池。
【技术实现步骤摘要】
用于燃料电池的Pt/Ru合金催化剂
本专利技术涉及一种铂(Pt)/钌(Ru)合金催化剂，更具体地，本专利技术涉及一种高度耐CO中毒的Pt/Ru合金催化剂，从而当使用时具有更高的催化活性。
技术介绍
燃料电池为可以直接将氧与包含在烃-基材料如甲醇、乙醇和天然气中的氢的电化学反应中产生的能量转化成电能的发电系统。根据所使用的电解液的种类，燃料电池分为磷酸燃料电池(PAFC)，熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)，固体氧化物燃料电池(SOFC)，聚合物电解液膜燃料电池(PEMFC)，及碱性燃料电池(AFC)等。这些燃料电池具有基本相同的工作原理，但是在燃料的种类、工作温度、催化剂、电解液等方面彼此不同。最近开发出来的PEMFC具有更大的功率，可以在低的工作温度下运行，并具有快速启动和响应特性。PEMFC可以用于汽车、家庭和公共建筑、电子器件等。在PEMFC的膜电极组件(MEA)中，聚合物电解液存在于阳极和阴极之间。在阳极发生由燃料产生氢离子和电子的氧化反应，所产生的氢离子经聚合物电解液膜迁移到阴极。在阴极发生由所迁移的氢离子和自外部供应的氧产生水的还原反应。在PEMFC中，通过重整汽油、甲烷、甲醇等得到的氢用作燃料。在重整反应中，形成氢和少量作为副产品的一氧化物(CO)。由于CO，催化剂恶化，结果PEMFC的性能恶化。直接甲醇燃料电池(DMFC)为利用甲醇作为燃料的PEMFC。在阳极形成作为甲醇氧化反应的副产品的CO，催化剂被CO中毒，结果DMFC的性能恶化。已经提议使用耐CO中毒的Pt/Ru合金催化剂。日本待审专利公开平9-153366A描述了一种制备Pt/Ru合金催化剂的方法。在该方法中，载体例如炭粉与Pt和Ru阳离子的溶液接触，从而将阳离子吸附于载体上，然后在-->还原气氛下加热载体以还原阳离子。注意到包含在Pt/Ru合金催化剂中的氧的浓度和耐CO中毒的能力之间的关系，日本待审专利公开2004-127814描述了一种Pt/Ru合金催化剂，其中氧的浓度低于4.4％质量。然而，没有提到通过利用具有均匀结构和均匀粒度分布的Pt/Ru合金，能够获得耐CO中毒的能力。因而，需要改善Pt/Ru合金催化剂的耐CO中毒的能力。
技术实现思路
本专利技术提供一种Pt/Ru合金催化剂，其具有高催化效率并且高度耐CO中毒。本专利技术还提供一种制备该Pt/Ru合金催化剂的方法。本专利技术还提供一种用于燃料电池的电极，其包含所述Pt/Ru合金催化剂。本专利技术还提供一种燃料电池，其中阳极包含所述Pt/Ru合金催化剂。根据本专利技术的一个方面，提供一种晶格常数为3.856～3.885_且粒度为2～5nm的铂(Pt)/钌(Ru)合金催化剂，该合金催化剂包含载体。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制备Pt/Ru合金催化剂的方法，该方法包括：分别将Pt前体和Ru前体溶解在水中，并彼此混合所得到的溶液得到金属盐溶液，其中该Pt前体的Pt和Ru前体的Ru的摩尔比为7∶3～4.5∶5.5；混合催化剂载体与溶剂得到载体溶液；混合所述金属盐溶液与载体溶液得到混合溶液；将该混合溶液的pH调整为11～13；加热所得到的产物从而形成催化剂颗粒；分离并洗涤所形成的催化剂颗粒；及热处理催化剂颗粒。根据本专利技术的另一个方面，提供一种用于燃料电池的电极，其包含所述Pt/Ru合金催化剂。根据本专利技术的另一个方面，提供一种燃料电池，其包括阴极；阳极；及介于该阴极和阳极之间的聚合物电解液膜，其中所述阳极包含Pt/Ru合金催化剂。 附图说明通过参考附图详述其示例性的实施方案，本专利技术的上述和其它特点和优点将变得更加显而易见，附图中：-->图1为Pt/Ru合金催化剂具有耐CO中毒的能力的机理示意图；图2为根据本专利技术实施方案的制备Pt/Ru合金催化剂的方法流程图；图3A为根据本专利技术实施方案在实施例4中制得的Pt/Ru合金催化剂的透射电子显微(TEM)照片；图3B为根据本专利技术实施方案在实施例1制得的Pt/Ru合金催化剂的TEM照片；及图4为燃料电池的电流密度与电池电势关系图，其中阳极包含根据本专利技术实施方案的Pt/Ru合金催化剂。 具体实施方式众所周知Pt/Ru合金催化剂是相对高度耐CO中毒的。已知所谓的双官能机理(bifunctional mechanism)为耐CO中毒的能力的机理。在双官能机理中，吸附在Pt原子上的CO分子与结合邻近Pt原子的Ru原子的羟基反应形成二氧化碳分子，因而，催化剂较少地被CO中毒(见图1)。为了使双官能机理的效果最大化，Pt原子与Ru原子按照1∶1的比例对应是有利的。因而，为了增加Pt/Ru合金催化剂的总催化效率，重要的是，Pt/Ru合金催化剂中Pt原子和Ru原子的摩尔比为1∶1或接近1∶1，并且Pt原子和Ru原子均匀地分布以使按照1∶1的比例彼此对应的邻近Pt-Ru对的数量最大。由在利用电弧熔化法(Gasteiger，H.A.et al.，LEIS and AES on sputteredand annealed polycrystalline Pt-Ru bulk alloys，Surface Science，293(1993)，PP.67-80)制得的合金金属体(bulk)的X-射线衍射(XRD)图形中观察的Pt-Ru峰的2θ，计算出晶格常数。并且，由晶格常数计算Pt和Ru的合金比的方法公开于上述文献中。在本申请中，基于该方法计算Pt和Ru的合金比。根据本专利技术实施方案的Pt/Ru合金催化剂的晶格常数为3.856～3.885_。如果Pt/Ru合金催化剂的晶格常数偏离上述范围，则双官能机理不可能容易存在于Pt/Ru合金催化剂中，从而降低催化效率。而且，Pt/Ru合金催化剂的粒度为2～5nm。如果Pt/Ru合金催化剂的粒度大于5nm，那么催化剂的比表面积减小，从而降低催化效率。如果Pt/Ru合金催化剂的粒度低于2nm，那么不聚集就不可能容易合成Pt/Ru合金催化剂。如上所述，理论上Pt原子和Ru原子的摩尔比应该为1∶1，但是难于得-->到1∶1。虽然上述产物中的合金比表示为1∶1，并且通过元素分析分析为1∶1，但是当利用由Gasteiger等人的上述文献中的表计算时，可以从JohnsonMatthey公司得到的Pt/Ru合金催化剂中的实际合金比为4.4∶5.6，可以从E-TEK得到的Pt/Ru合金催化剂中的实际合金比为7.1∶2.9。然而，当根据本专利技术实施方案Pt/Ru合金催化剂的晶格常数为3.856～3.885_时，它具有高催化效率，并且在此情况下，Pt和Ru的合金比为7∶3～4.5∶5.5(按摩尔比计)。如果Pt和Ru的摩尔比偏离上述范围，Pt/Ru合金催化剂的催化效率可能降低。为了得到较高的催化效率，Pt和Ru的摩尔比优选为5.5∶4.5～4.8∶5.2。Pt和Ru的总浓度可以为Pt/Ru合金担载催化剂的重量的60～80％。如果Pt和Ru的总浓度低于Pt/本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种铂（Ｐｔ）／钌（Ｒｕ）合金催化剂，其晶格常数为３．８５６～３．８８５＊、粒度为２～５ｎｍ，该合金催化剂包含载体。
【技术特征摘要】
KR 2005-1-6 1143/051.一种铂(Pt)/钌(Ru)合金催化剂，其晶格常数为3.856～3.885_、粒度为2～5nm，该合金催化剂包含载体。2.根据权利要求1的Pt/Ru合金催化剂，其中Pt和Ru的摩尔比为7∶3～4.5∶5.5。3.根据权利要求1的Pt/Ru合金催化剂，其中Pt和Ru的摩尔比为5.5∶4.5～4.8∶5.2。4.根据权利要求1的Pt/Ru合金催化剂，其中Pt和Ru的总浓度为包含载体在内的催化剂的总重量的10～90％。5.根据权利要求1的Pt/Ru合金催化剂，其中Pt和Ru的总浓度为包含载体在内的催化剂的总重量的60～80％。6.根据权利要求1的Pt/Ru合金催化剂，其在0.6V的电池电势下的质量活性为15～80A/(gPtRu)。7.根据权利要求1的Pt/Ru合金催化剂，其中所述载体为炭-基载体或沸石。8.根据权利要求7的Pt/Ru合金催化剂，其中所述炭-基载体为石墨、炭粉、乙炔黑、炭黑、活性炭、中孔炭、碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米突、碳纳米环、碳纳米线和富勒烯(C60)中的一种。9.一种制备Pt/Ru合金催化剂的方法，包括：分别将Pt前体和Ru前体溶解在水中，并将所得...
【专利技术属性】
技术研发人员：李雪娥，朴灿镐，刘大钟，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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