燃料电池、催化剂和方法技术

记载了一种氢燃料电池，包括阳极；阴极；电解质；向燃料电池供应含氢燃料的构件和向燃料电池供应氧化剂的构件；其中阳极以及任选阴极包括包含式(I)合金的催化剂：PdxBiyMz(I)其中：M是一种或多种金属；x是0.2到0.4；y是0.6到0.8；z不大于0.1；以及x+y+z＝1。还记载了包括该合金的氢燃料电池的催化剂和电极，以及使用该合金催化剂的电化学方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用作氢燃料电池的催化剂的合金。本专利技术还涉及具有包括该合金的一个或多个电极的氢燃料电池，以及该合金用于催化多种反应，特别是电化学电池和燃料电池中的反应的用途。
技术介绍
燃料电池是将源燃料转化为电流和水的电化学电池。它通过在电解质存在时引发的燃料和氧化剂之间的反应在电池内部发电。反应物流入电池，反应产物流出电池，同时电解质保持电池之内。只要维持必要的流动，燃料电池可以基本持续运行。燃料电池包括燃料电极(阳极)、氧化剂电极(阴极)、置于上述电极之间的电解质和分别单独供应燃料流和氧化剂流到阳极和阴极的装置。在运行中，供应到阳极的燃料 被氧化释放电子，电子通过外电路传导到阴极。在阴极，当氧化剂被还原时消耗该供应的电子。质子交换膜燃料电池使用固体质子传导聚合物膜作为电解质。燃料电池的应用包括蓄电池替代品；小型和微型电子设备例如便携式电子设备的充电；传感器例如气体监测器、地震传感器和红外传感器；电化学装置；汽车发动机和其它运输动力产生器；电厂等。电化学燃料电池可以使用各种气态燃料和氧化剂。例如，氢燃料电池使用分子氢作为燃料，空气或载气中的氧气作为氧化剂。在氢燃料电池中，氢气被氧化且氧气被还原形成水，电流是氧化还原反应产生的副产物。沿着阳极和阴极之间的电连接的电流对于设置在具有阳极和阴极之间电连接的电路中的负载提供电能。下述的反应式示出在氢/氧燃料电池中阳极和阴极的反应阳极反应H2— 2H++2e阴极反应l/202+2H++2e_— H2O氢燃料电池一般通常在电极，特别是阳极处，使用催化剂来增加氧化还原反应的速率。这些催化剂一般包括贵金属例如铷、铑、钯、银、锇、铱、钼或金。然而，这些金属由于稀少而昂贵。特别是，钯常用于包含氢的氧化还原反应的催化剂。然而，众所周知，钯吸收电解产生的氢形成氢化物氢化物形成快速碎裂的粉末，这对催化剂来说是不合适的。因此，期望生产出适于催化氢燃料中发生的氧化还原反应但比当前所使用的材料更便宜的材料。Greeley 等，Nature Materials, 2006, 5,909-913,描述了氢析出电催化材料的计算的高产量筛选法，并详细描述了氢析出中钼/铋合金及其催化活性。W02008/080227描述了多种不同的催化剂，特别是钼/锡和钯/铋催化剂，及它们在有机化合物特别是甲酸的多种电化学氧化中的应用。US4843173描述了钯-铋/碳催化剂以及其将葡萄糖氧化成葡萄糖酸中的应用。BE883331描述了包括PdBi2钯-铋金属间化合物。据称该化合物对于用作将醛和酵转化为羧酸酯的催化剂有用。US2007/0167318描述了包括Pd、Bi和至少一种其它元素催化活性的组合物。据称该组合物在烃的脱氢中有用。W02004/012290描述了用作催化剂和催化体系的金属间化合物。据称该金属间化合物对于催化燃料电池中的有用。GB1559700描述了能催化包括至少一个羟基的烃的转化的电化学电池，其中至少一个电极包括包含铋以及钼和钯中一种或两种的组合物。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种合金，其是用于多种电化学反应，特别是氢析出反应(HER)和氢氧化(HOR)反应的有效催化剂，因此适合作为氢燃料电池的催化剂，但比当前使用的钼基合金的成本更低。·根据本专利技术意外地发现，向钯添加铋导致能够有效催化氢燃料电池中发生的电化学反应的合金材料，但它的制造更便宜并耐受氢化物的形成。这与预期的相反，因为仅铋不催化HOR或HER反应。在一个方面，本专利技术提供一种氢燃料电池，包括阳极；阴极；电解质；使阳极和阴极电绝缘的构件；向燃料电池供应含氢燃料的构件；和向燃料电池供应氧化剂的构件；其中阳极以及任选的阴极包括包含式(I)合金的催化剂PdxBiyMz ⑴其中M是金属；X 是 O. I 到 O. 7 ;y 是 O. 3 到 O. 9 ;z不大于O. I;以及x+y+z = I。在另一方面，本专利技术提供一种氢燃料电池，包括阳极；阴极；电解质；以及向燃料电池供应含氢燃料的构件；和向燃料电池供应氧化剂的构件；其中阳极以及任选阴极包括包含式(I)合金的催化剂PdxBiyMz (I)其中M是一种或多种金属；X 是 O. 2 到 O. 4 ;y 是 O. 6 到 O. 8 ;z不大于O. I ；以及x+y+z = I。在另一个方面，本专利技术提供一种用于氢燃料电池的催化剂，该催化剂包括式(I’ )的合金Pdx’Biy’Mz’ (I，)其中M是金属；X，是 O. 2 到 O. 45;y’ 是 O. 55 到 O. 8;z ’不大于O. I;以及X，+y，+z，= I ;·其负载在不包括Bi或Pd的负载构件上。在另一方面，本专利技术提供了一种式(I’ )的合金的应用Pdx’Biy’Mz’ (I，)其中M是金属；X’ 是 O. 2 到 O. 45;y’ 是 O. 55 到 O. 8;z ’不大于O. I;以及X，+y，+z，= I ;作为催化剂，特别但不排它地用于氢燃料电池。在另一方面，本专利技术提供一种包括如上文限定的催化剂的电极，以及任选的其它负载构件。在另一方面，本专利技术提供一种用于氢燃料电池的膜-电极组件，其包含质子传导膜、阳极和阴极，阳极包含如上文限定的电极。在另一方面，本专利技术提供一种用于氢燃料电池的膜-电极组件，其包括质子传导膜、阳极和阴极，其中阳极以及任选阴极包括包含式(I)合金的催化剂PdxBiyMz (I)其中M是一种或多种金属；X 是 O. 2 到 O. 4 ;y 是 O. 6 到 O. 8 ;z不大于O. I;以及x+y+z = I。在另一方面，本专利技术提供一种生产氢气的方法，包括在电化学电池的阴极处还原质子源，该阴极包括如上文限定的电极或包括如上文限定的催化剂。在另一方面，本专利技术提供一种生产氢气的方法，包括利用具有阳极、阴极和电解质的电化学电池还原质子源；其中阴极以及任选阳极包括含有式(I)合金的催化剂PdxBiyMz (I)其中M是一种或多种金属；X 是 O. 2 到 O. 4 ;y 是 O. 6 到 O. 8 ;z不大于O. I;以及x+y+z = I。在另一方面，本专利技术提供一种电解水的方法，所述水任选地被离子化和/或酸化，该方法包括使电流流过电池，该电池的阳极以及任选阴极包括如上文限定的电极或包括如上文限定的催化剂。在另一方面，本专利技术提供一种电解水的方法，所述水任选地被离子化和/或酸化，该方法包括使电流流过电池，电池具有阳极、阴极和电解质，其中阳极以及任选阴极包括含有式⑴合金的催化剂 PdxBiyMz⑴其中M是一种或多种金属；X 是 O. 2 到 O. 4 ;y 是 O. 6 到 O. 8 ;z不大于O. I;以及x+y+z = I。在另一方面，本专利技术提供一种氧化含氢气体的方法，该方法包括使含氢气体与电化学电池的阳极接触，该阳极包括如上文限定的电极或催化剂。在另一方面，本专利技术提供一种氧化含氢气体的方法，该方法包括使含氢气体与电化学电池的阳极接触，该电池具有阳极、阴极和电解质，其中阳极以及任选阴极包括包含式(I)合金的催化剂PdxBiyMz⑴其中M是一种或多种金属；X 是 O. 2 到 O. 4 ;y 是 O. 6 到 O. 8 ;z不大于O. I;以及x+y+z = I。在另一方面，本专利技术提供一种产生电流的方法，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：A·阿纳斯塔索普洛斯，B·E·海登，
申请(专利权)人：南安普敦大学，
类型：
国别省市：