[发明专利]高度分散的金属催化剂

说明书

相关申请的交叉引用

本中请要求2005年11月14日提交的美国临时专利申请60/736,259的优先权，由于各种目的，将该临时专利申请的全部内容结合在此。 

发明背景

纳米技术已经对材料、微电子、计算、制药、医学、环境、能源和化学工业产生了巨大的影响。纳米催化剂是已经找到越来越多的商业应用的纳米技术的一个重要部分。适合的领域包括控制污染和排放的技术，如消除汽车污染，催化除去室内环境中的挥发性有机化合物(VOC)，以及低温空气纯化。应用包括例如使用面具过滤器以在室温燃烧CO，化学处理许多大而特殊的化学品，检测溶液中的有毒或易燃性气体或物质的传感器，以及新兴的清洁氢产物的氢经济和燃料电池系统(参见，Corti，C.W.等。Applied Catalysis A：General，2005，291，253)。 

燃料电池提供高度有效的能量转换以及可忽略的污染物排放，从而具有大的潜力并且预期10年以内在全世界被广泛使用。然而，当前的燃料电池技术要求在燃料电池中，特别是在聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)中使用的氢气(H₂)具有高纯度，以避免铂(Pt)电极中毒。这种要求意味着H₂气中的CO浓度应当小于50ppm乃至10ppm。为了达到这个目标，用于燃料电池的H₂必须被预先纯化以除去痕量CO，并且优选该过程是通过催化过程进行的。 

已知贵金属纳米粒子，包括Au-基纳米粒子是催化活性的，并且可潜在地有利于燃料电池应用的H₂的纯化。特别是，Au-基催化剂在低温选择性氧化CO具有良好活性。另外，Au具有比其它贵金属，如铂和钯(Pd)相对低的成本的优点。尽管在氧化一氧化碳方面有活性，但是Au-基催化剂由于其短寿命和催化剂的催化效率而不能商业化。催化剂的寿命 的影响因素包括在金粒子和载体之间的不充分的相互作用。近来的研究表明金属粒子的催化活性取决于所述金属粒子的大小，所用的载体和制备方法(参见，Haruta，M.Catalysis Today，1997，36，153；Valden，M.等Science，1998，281，1647；Grunwaldt，J.D.等，J.of Catalysis，1999，181，223；)。通常，在固体载体上的大小/分布得到良好控制的金属纳米粒子表现出更高的活性。纳米粒子的稳定性仍然是深入研究感兴趣的领域。用于制备具有高活性、良好的稳定性和容易在各种固体载体上制备的纳米粒子催化剂的方法是非常需要的。