[发明专利]使用混合无机物的催化剂性质控制

说明书

依据DOE颁布的Cooperative Agreement DE-FG36-07GO17007，在政府资助下创造本发明。政府拥有本发明的某些权利。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2009年4月23日提交的美国临时专利申请号61/172118的权益，该专利申请的公开内容以引用的方式全文并入本文。

技术领域

本发明涉及包含混合的无机材料的纳米结构化薄膜(NSTF)催化剂，该催化剂可用作燃料电池催化剂。

背景技术

美国专利No.5,879,827(其公开内容以引用的方式并入本文)公开了纳米结构化元件，该元件包含带有针状纳米观催化剂粒子的针状微结构化支撑晶须。所述催化剂粒子可包含不同催化剂材料的交替层，所述不同催化剂材料可在组成、合金度或结晶度方面不同。

美国专利No.6,482,763(其公开内容以引用的方式并入本文)公开了燃料电池电极催化剂，该催化剂包含交替的含铂层和含第二金属的低氧化物的层，所述低氧化物表现出CO氧化的较早发生。

美国专利No.5,338,430、No.5,879,828、No.6,040,077和No.6,319,293(其公开内容以引用的方式并入本文)也涉及纳米结构化薄膜催化剂。

美国专利No.4,812,352、No.5,039,561、No.5,176,786和No.5,336,558(其公开内容以引用的方式并入本文)涉及微结构。

美国专利No.7,419,741(其公开内容以引用的方式并入本文)公开了燃料电池阴极催化剂，该催化剂包含通过如下方式形成的纳米结构：将交替的铂层和第二层沉积于微结构载体上，这可形成一种三元催化剂。

美国专利No.7,622,217(其公开内容以引用的方式并入本文)公开了燃料电池阴极催化剂，该催化剂包含带有纳米观催化剂粒子的微结构化支撑晶须，该纳米观催化剂粒子以指定体积比和Mn含量包含铂和锰以及至少一种其他金属，其中所述其他金属通常为Ni或Co。

发明内容

简言之，本发明提供了一种燃料电池催化剂，其包含微结构化支撑晶须，该微结构化支撑晶须带有纳米观催化剂粒子的薄膜，该纳米观催化剂粒子包含根据式Pt_xM_(1-x)的催化剂材料，其中x为0.3至0.9，且M选自Nb、Bi、Re、Hf、Cu和Zr。在一些实施例中，M为Nb。在一些实施例中，M为Nb且x为0.6至0.9。在一些实施例中，M为Nb且x为0.7至0.8。在一些实施例中，M为Bi。在一些实施例中，M为Bi且x为0.6至0.9。在一些实施例中，M为Bi且x为0.65至0.75。在一些实施例中，M为Re。在一些实施例中，M为Re且x为0.52至0.90。在一些实施例中，M为Re且x为0.52至0.69。在一些实施例中，M为Cu。在一些实施例中，M为Cu且x为0.30至0.8。在一些实施例中，M为Cu且x为0.32至0.42。在一些实施例中，M为Hf。在一些实施例中，M为Hf且x为0.65至0.93。在一些实施例中，M为Hf且x为0.72至0.82。在一些实施例中，M为Zr。在一些实施例中，M为Zr且x为0.60至0.9。在一些实施例中，M为Zr且x为0.66至0.8。

在另一方面，本发明提供了一种包含纳米结构化元件的燃料电池催化剂，所述纳米结构化元件包含微结构化支撑晶须，该微结构化支撑晶须带有纳米观催化剂粒子的薄膜，该纳米观催化剂粒子包含根据式Pt_x(LiF)_(1-x)的催化剂材料，其中x为0.3至0.9。在一些实施例中，x为0.5至0.8。

在另一方面，本发明提供了一种包含纳米结构化元件的燃料电池催化剂，所述纳米结构化元件包含微结构化支撑晶须，该微结构化支撑晶须带有纳米观催化剂粒子的薄膜，该纳米观催化剂粒子包含根据式Pt_aCo_bM_c的催化剂材料，其中a+b+c＝1，a为0.3至0.9，b大于0.05，c大于0.05，且M选自Au、Zr、和Ir。在一些实施例中，M为Au。