[发明专利]支撑型钴氧化物催化剂的制造方法

说明书

技术领域

本发明关于一种催化剂的制造方法，且特别关于一种支撑型钴氧化物催化剂的制造方法。

背景技术

燃料电池具备低污染气体排放、低噪音与可再生等优势，因而被视为一款环保、洁净且无污染的发电设备，并逐渐地于商业、住宅与交通等用途上替代如柴油引擎或汽油引擎等传统石化发电设备。

燃料电池的工作原理如下：(1)氢气进入电池内后，在电池的阳极发生氧化反应，而产生氢离子(H⁺)及释放电子，这过程称为“阳极半反应”；(2)产生的氢离子透过电池的电解质或质子交换膜为媒介传送到电池的阴极，而释放的电子则透过外部回路输送到阴极，来产生电流；(3)传送的氢离子与电子、和空气中的氧气于阴极汇集后，于阴极发生还原反应，而产生水，这过程称为“阴极半反应”。一般而言，阳极半反应与阴极半反应于自然条件下的反应速率极为缓慢，而可于阳极或阴极上配置催化剂(也称作“触媒”)来改善反应速率，从而提升电池的电性效能。

最初，贵重金属(如：铂)及其相关化合物、合金已广泛地使用为燃料电池的催化剂。这种催化剂虽能带给燃料电池令人满意的电性效能，但其含量稀少且市场价值不斐，进而连带提升燃料电池的制造成本，并阻却燃料电池的全球性发展。近年来，研究人员纷纷关注于非贵重金属及其相关化合物、合金的研究，期盼它们能作为燃料电池的催化剂。举例来说，A.Gulla等人在世界知识产权组织(WIPO)专利公开号WO2004/106591中报导一种氧气还原(oxygen reduction)用催化剂。此催化剂为承载于导电性碳黑且以Ru_xCo_yS(x∶y＝0.2∶1至5∶1)通式表示的硫化物，其制造过程为：将导电性碳黑浸润于钌及钴的母质盐溶液中；干燥浸润后的碳黑；及于硫化氢氛围下处理干燥得到的生成物。另外举例来说，陈盈洁等人于中华民国发明专利公开号201223634公开了一种合金催化剂。此催化剂为由50原子％至98原子％的钯、2原子％至30原子％的钴、及0.01原子％至小于5原子％的钼所组成的，其制造过程为：将碳载体分散于乙二醇中，形成碳载体分散液；将钯盐、钴盐、及钼盐水溶液加入碳载体分散液中，形成乙二醇水溶液；调整乙二醇水溶液的pH值，使钯盐、钴盐、及钼盐还原并吸附到碳载体上，形成合金催化剂；及于还原气氛下热处理合金催化剂。

综上可知，金属钴及其相关化合物、合金虽已作为燃料电池的催化剂数年，但此类催化剂的制造过程过于冗长，恐不利于燃料电池的大规模制造。再者，这类催化剂的粒径普遍不均，使得燃料电池无法发挥最适化的电性效能，更无法降低燃料电池的制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新颖的催化剂的制造方法。而此法含有以下步骤：添加氯化钴、螯合剂及碳质材料(carbonaceous material)至溶剂中，使氯化钴中的钴离子(Co³⁺)与螯合剂反应形成吸附于碳质材料上的钴络合物，以制得混合液；干燥混合液，以得到干燥产物；及微波处理干燥产物，以形成支撑型钴氧化物催化剂，而支撑型钴氧化物催化剂含有载体及承载于载体的钴氧化物粒子。

根据本发明，此法容易操作且相当省时，因而可方便且迅速地取得支撑型钴氧化物催化剂。此外，支撑型钴氧化物催化剂中的钴氧化物粒子具有均一性的粒径，于是当支撑型钴氧化物催化剂作为燃料电池的催化剂时，不仅可让燃料电池发挥最适化的电性效能，尚能降低燃料电池整体的制造成本。

附图说明

图1为流程示意图，说明本发明实施方式的催化剂的制造方法。

图2为透射电子显微镜(transmission electron microscope，TEM)照片图，显示制备例1得到的催化剂的外观。

图3为透射电子显微镜照片图，显示制备例2得到的催化剂的外观。

图4为透射电子显微镜照片图，显示制备例3得到的催化剂的外观。

图5为透射电子显微镜照片图，显示制备例4得到的催化剂的外观。

图6为透射电子显微镜照片图，显示制备例5得到的催化剂的外观。

图7为透射电子显微镜照片图，显示制备例6得到的催化剂的外观。

图8为X射线衍射分析仪结果图，说明制备例1至5得到的催化剂的组成。

图9为循环伏安法结果图，说明制备例1至5得到的催化剂的电化学性质。

图10为线性扫描伏安法结果图，说明制备例1至5得到的催化剂的电化学性质。