[发明专利]导电抗腐蚀镁钛氧化物催化剂载体材料

说明书

本发明涉及导电抗腐蚀镁钛氧化物催化剂载体材料。形成燃料电池催化剂体系的方法，所述方法包括提供具有式(I)的具有氧空位的抗腐蚀导电催化剂载体材料：其中δ是表示氧空位的0‑3的任何数字，其任选地包括小数部分，将所述催化剂载体材料用聚合物膜涂覆，将催化剂材料附着到该聚合物膜上，除去该聚合物膜，和将附加材料提供在所述载体材料上，以增加催化剂材料与催化剂载体材料之间的物理、电和/或机械接触。

相关应用

本申请是2019年11月6日提交的美国专利序列号16/675,564的部分继续申请案，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及包含具有氧空位的抗腐蚀导电镁钛氧化物材料的催化剂载体及其生产方法。

背景技术

催化材料或催化剂，例如贵金属在许多应用中已经变得必不可少，这些应用之一是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。贵金属和其它催化剂通常是昂贵的材料，它们从其应用的体系中的损失通常转化为较低的活性和效率。因此，已经进行了各种尝试以将催化材料保留在给定的应用中，以生产寿命更长的体系，例如燃料电池。

发明内容

根据一个实施方案，公开了形成燃料电池催化剂体系的方法。所述方法可包括提供具有式(I)的具有氧空位的抗腐蚀导电催化剂载体材料：

其中δ是表示氧空位的0-3的任何数字，其任选地包括小数部分。所述方法可进一步包括将所述催化剂载体材料用聚合物膜涂覆。所述方法还可包括将催化剂材料附着到该聚合物膜上。所述方法可进一步包括除去该聚合物膜。所述方法还可包括提供附加材料，以增加催化剂材料与催化剂载体材料之间的物理、电和/或机械接触。该附加材料可包含催化剂载体材料。该聚合物材料可为聚苯乙烯。所述除去可包括将所述催化剂体系加热到高于阈值温度。该阈值温度可为聚合物材料的熔化温度。该催化剂载体材料可进一步包含至少一种附加氧化物、碳化物或金属间化合物。该催化剂材料可包含Pt-M双金属合金，其中M为Ag、Au、Bi、Co、Cr、Cu、Fe、Ge、Hf、Ir、Mn、Mo、Nb、Ni、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Sb、Sn、Ta、Ti、V或W。所述附着可包括使至少一些所述催化剂材料与所述催化剂载体材料接触。

在一个替代实施方案中，公开了形成燃料电池催化剂体系的方法。所述方法可包括形成包括多个初始孔的模板材料层。所述方法还可包括将抗腐蚀导电催化剂载体材料沉积在初始孔内，该催化剂载体材料具有式(I)且具有氧空位：

其中δ是表示氧空位的0-3的任何数字，其任选地包括小数部分。所述方法可进一步包括通过从所述体系中除去模板材料而形成具有次级孔的催化剂载体材料基质。所述方法还可包括将催化剂材料沉积在次级孔内。所述模板材料可包括多个纳米球。所述方法可进一步包括使该模板材料熔融。所述催化剂材料的沉积包括溅射。所述除去可包括将该模板材料溶解在酸中。所述方法还可包括使该体系在无氧气氛中退火。

在又一个实施方案中，公开了形成燃料电池催化剂体系的方法。所述方法可包括合成催化剂载体纳米颗粒，其包含具有式(I)的具有氧空位的抗腐蚀导电材料：

其中δ是表示氧空位的0-3的任何数字，其任选地包括小数部分。所述方法可进一步包括在每个纳米颗粒周围形成聚合物层。所述方法还可包括随后将多个催化剂纳米颗粒附着到聚合物层上，以使得至少一些所述催化剂纳米颗粒与所述催化剂载体纳米颗粒接触。所述方法可进一步包括除去该聚合物层。所述除去可包括将所述催化剂体系在无氧气氛中退火。所述聚合物层可包含聚苯乙烯。所述除去可包括将所述催化剂体系加热到高于阈值温度。所述阈值温度可为该聚合物层的熔化温度。所述催化剂纳米颗粒可包含Pt-M双金属合金，其中M为Ag、Au、Bi、Co、Cr、Cu、Fe、Ge、Hf、Ir、Mn、Mo、Nb、Ni、Os、Pd、Re、Rh、Ru、Sb、Sn、Ta、Ti、V或W。

附图说明

图1描绘了根据一个或多个实施方案的包括双极板的质子交换膜燃料电池(PEMFC)的示意性组成；