[发明专利]形成具有铂原子的原子层的催化剂的方法

说明书

形成催化剂材料的方法，其包括阻碍置换反应的反应速率和控制铂簇的形成，其中用铂原子置换金属原子的原子层，以产生包含铂原子的原子层的催化剂材料。

本申请是申请号为201180068250.3(PCT/US2011/025693)、申请日为2011年2月22日、发明名称为“形成具有铂原子的原子层的催化剂的方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及产生具有更均匀的铂原子的原子层的催化剂材料的方法。

背景技术

在电化学反应（例如在燃料电池内产生电流的电化学反应）中，铂是已知的，并用作催化剂材料。可将铂沉积在承载在碳颗粒上的贵金属的金属核上。为了增大铂的物质活性（mass activity），以贵金属核上的薄层形式来提供铂。

用于制备此类催化材料的一种常规制造方法涉及首先将具有比铂低的还原电势的金属原子薄层沉积到贵金属核颗粒上。一些制造者使用欠电势（underpotential）沉积方法来沉积作为较低还原电势金属的铜原子。然后将核颗粒与含有铂盐的溶液混合。溶液中的铂原子自发地置换贵金属核上的铜原子，以产生在贵金属核上的铂原子薄层。

发明内容

公开的是形成催化剂材料的方法，其包括阻碍置换反应的反应速率，其中用铂原子置换金属原子的原子层，以产生包含铂原子的原子层的催化剂材料。

另一方面，形成催化剂材料的方法包括在表面活性剂的存在下，用铂原子置换金属原子的原子层，以产生包含铂原子的原子层的催化剂材料。

还公开的是形成催化剂材料的方法，其包括以下步骤：提供包含被金属原子的原子层覆盖的金属核的颗粒，提供包含表面活性剂和铂盐的溶液，和用所述溶液处理所述颗粒，以用来自该溶液的铂原子置换所述金属原子，并产生包含被铂原子的原子层覆盖的金属核的催化剂材料。

附图说明

从下列详述，对于本领域技术人员来说，所公开的实例的各种特征和优点将变得明显。可将该详述所随附的图简单描述如下。

图1图解了示例性催化剂材料。

图2图解了通过欠电势沉积来沉积金属的原子层的实例。

图3图解了使用表面活性剂来阻碍反应速率的置换反应的实例。

具体实施方式

图1示意性地图解了示例性催化剂材料20的所选部分，所述催化剂材料20具有高度活性，并可用于燃料电池或其它催化环境中。在该实例中，催化剂材料20包含碳载体（carbonsupport）22和附着于该碳载体的表面上的金属核24。金属核24被壳26覆盖。壳26是铂原子的原子层。金属核24可以是贵金属或金属（例如铂、金或其它贵金属）的混合物。

在实施方式中，壳26是原子单层(即，一个原子厚度)。然而，虽然壳26通常具有均匀厚度，但是应理解，壳26的一些部分可以是较薄的（亚单层（submonolayer））或较厚的（数个原子厚度）。

如将进一步详述的，用于在金属核24上形成壳26的方法产生了铂原子的原子层的更均匀厚度，从而增强了铂的物质活性。

用于形成壳26的方法涉及置换反应，其中铂原子置换金属核24上较低还原电势的金属原子。在一些实例中，较低还原电势的金属原子是铜。使用欠电势沉积方法(UPD)可将铜沉积在金属核24上。UPD是用于沉积原子层厚度的铜原子的临时性壳28的技术。然后用包含铂的溶液来处理金属核24和铜的临时性壳28。