[发明专利]生产包含金属间化合物的催化剂的方法和由该方法制成的催化剂

说明书

本发明涉及一种生产包含金属间化合物的催化剂的方法，其包含下列步骤：(a)将选自Li、Na、Ca、Sr、Ba、Eu和Yb的金属溶解在液氨中，(b)将包含选自Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au和Ru的金属或这些金属的至少一种的卤化物的纳米粒子和无机盐添加到在步骤(a)中获得的溶液中，(c)除去液氨，(d)在200℃至金属间化合物的熔融温度之间的温度下将步骤(c)的混合物退火，其中形成所述金属间化合物，(e)洗涤在步骤(d)中获得的金属间化合物。本发明进一步涉及通过所述方法获得的催化剂。

本发明涉及一种生产包含金属间化合物的催化剂的方法，所述金属间化合物包含选自Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au和Ru的金属和选自Li、Na、Ca、Sr、Ba、Eu和Yb的金属。本发明进一步涉及包含载体和金属间化合物的催化剂，其中所述金属间化合物为纳米粒子形式并沉积在载体表面上和载体的大孔、中孔和微孔中。

含铂催化剂例如应用于质子交换膜燃料电池(PEMFCs)。质子交换膜燃料电池用于将储存的化学能高效转化成电能。预计PEMFCs的未来应用特别是移动式应用。对于电催化剂，通常使用碳载铂纳米粒子。尤其在PEMFC的阴极上，需要大量稀有且昂贵的金属铂以在氧还原反应中获得足够的活性。可以通过铂与第二金属如钴、镍或铜合金化来实现提高的铂质量相关活性。例如Z.Liu等人,“Pt Alloy Electrocatalysts for Proton ExchangeMembrane Fuel Cells:A Review”,Catalysis Reviews:Science and Engineering,55(2013),第255至288页描述了这样的催化剂。但是，如I.Katsounaros等人,“OxygenElectrochemistry as a Cornerstone for Sustainable Energy Conversion”,Angew.Chem.Int.,Ed.53(2014),第102至121页所示，在燃料电池条件下，第二金属浸出到电极中。结果，活性降低。此外，膜被溶解的金属离子毒化，降低了PEMFC的整体性能。

P.Hernandez-Fernandez等人,“Mass-selected nanoparticles of Pt_xY asmodel catalysts for oxygen electroreduction”,Nature Chemistry 6(2014),第732至738页描述了生产铂和钇的金属间化合物的可能的方法。但是，这种在气相中进行的方法只能够生产极小的量。含有Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au或Ru作为第一金属和Li、Na、Ca、Sr、Ba、Eu和Yb作为第二金属的金属间化合物的纳米粒子没有能够生产对工业应用而言足够的量并可经济地运行的已知合成法。如P.Hernandez-Fernandez所示的方法的另一缺点在于不可能使制成的纳米粒子进入催化剂载体的大孔和中孔。在气相中制成的纳米粒子仅沉积在载体的外表面上。

Z.Cui等人,“Synthesis of Structurally Ordered Pt₃Ti and Pt₃VNanoparticles as Methanol Oxidation Catalysts”,Journal of the AmericanChemical Society 136(2014),第10206至10209页展示了用于合成金属间化合物Pt₃Ti和Pt₃V的合成方法。作为金属前体，使用氯化物PtCl₄和TiCl₄或VCl₃，作为还原剂，使用三乙基硼氢化钾。在四氢呋喃中的还原过程中，形成KCl并沉淀。由于其不溶于四氢呋喃，其充当稳定剂以防纳米粒子中间体在随后在大约700℃下热处理的过程中烧结。