本發明專利技術提供通過輻射退火，通常是激光退火，通常在惰性氣氛下制備增強活性的納米結構化薄膜催化劑的方法。通常所述惰性氣體的殘余氧水平為100ppm。通常所述輻射的入射能通量為至少30mJ/mm2。在一些實施例中，所述輻射退火通過激光退火來實現。在一些實施例中，所述納米結構化薄膜催化劑布置在連續幅材上。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及通過輻射退火，通常是激光退火，通常在惰性氣氛下制備增強活性的納米結構化薄膜催化劑的方法。
技術介紹
美國專利No. 5，879，827 (其公開內容以引用的方式并入本文)公開了納米結構化元件，該元件包括負載針狀納米觀催化劑粒子的針狀微結構化支撐晶須。所述催化劑粒子可包括不同催化劑材料的交替層，所述不同催化劑材料可在組成、合金度或結晶度方面不同。 美國專利No. 6，482，763 (其公開內容以引用的方式并入本文)公開了燃料電池電極催化劑，該催化劑包括交替的含鉬層和含第二金屬的低氧化物的層，所述低氧化物表現出CO氧化的較早發生。美國專利No. 5，338，430,No. 5，879，828,No. 6，040，077 和 No. 6，319，293 (其公開內容均以引用的方式并入本文)也涉及納米結構化薄膜催化劑。美國專利No. 4，812，352, No. 5，039，56K No. 5，176，786 和 No. 5，336，558 (其公開內容均以引用的方式并入本文)涉及微結構。美國專利No. 7，419，741 (其公開內容以引用的方式并入本文)公開了燃料電池陰極催化劑，該催化劑包括通過如下方式形成的納米結構將交替的鉬層和第二層沉積于微結構載體上，這可形成一種三元催化劑。美國專利No. 7，622，217 (其公開內容以引用的方式并入本文)公開了燃料電池陰極催化劑，該催化劑包括負載納米觀催化劑粒子的微結構化支撐晶須，該納米觀催化劑粒子以指定體積比和Mn含量包含鉬和錳以及至少一種其他金屬，其中所述其他金屬通常為Ni 或 Co。專利技術內容簡而言之，本專利技術提供制備增強活性的催化劑的方法，所述方法包括以下步驟a)提供納米結構化薄膜催化劑；和b)在殘余氧水平為IOOppm或更低的惰性氣體條件下通過入射能通量為至少30mJ/mm2的照射來對所述納米結構化薄膜催化劑進行輻射退火。在一些實施例中，所述惰性氣體的殘余氧水平為50ppm或更低。在一些實施例中，所述入射能通量介于35mJ/mm2和40mJ/mm2之間。在一些實施例中，步驟b)的福射退火為激光退火。在一些實施例中，步驟b)的輻射退火為通過使用CO2激光器的激光退火。在一些實施例中，步驟b)的輻射退火為電子束退火。在一些實施例中，所述納米結構化薄膜催化劑布置在連續幅材上。在本專利申請中“膜電極組件”是指包含膜的結構，其包括電解質(通常為聚合物電解質)和至少一個(但更典型的是兩個或更多個)鄰接所述膜的電極；“納米結構化元件”是指針狀、離散的、微觀結構，該結構包括位于其表面至少一部分上的催化材料；“納米觀催化劑粒子”是指催化劑材料的粒子，所述粒子具有至少一個維度等于或小于約15nm,或具有約15nm或更小的微晶尺寸,所述尺寸由標準2- θ X射線衍射掃描的衍射峰半寬度來測量；“納米觀催化劑粒子的薄膜”包括離散的納米觀催化劑粒子的膜、熔融的納米觀催化劑粒子的膜，和為結晶或無定形的納米觀催化劑顆粒的膜；通常為離散的或熔融的納米觀催化劑粒子的膜，且最通常為離散的納米觀催化劑粒子的膜；·“針狀”是指長度與平均橫截面寬度的比大于或等于3 ；“離散的”是指具有獨立身份的分開的元件，但并不排除元件之間相互接觸；“微觀”是指具有至少一個維度等于或小于約一微米；“平面等效厚度”是指，對于分布在表面上的層，其可以是不平坦分布的且其表面可以是不平坦的表面(例如散布在地表上的雪層，或在真空沉積過程中分布的原子層)，假設該層的總質量均勻地分布在覆蓋與該表面的投影面積相同的面積(注意，一旦忽視不平坦形貌和褶積，該表面覆蓋的投影面積小于或等于該表面的總表面積)的平面上而計算出的厚度；“雙層平面等效厚度”是指第一層(如本文所述)和接下來存在的第二層(如本文所述)的總平面等效厚度。本專利技術的優點在于提供用于燃料電池的催化劑。本專利技術的目的和優點通過下面的實例進一步說明，但是這些實例中所提到的具體材料及其數量，以及其他條件和細節，均不應被解釋為對本專利技術的不當限制。附圖說明圖I為用于根據本專利技術的方法的實施例中的激光束在處理平面處的標稱激光功率的圖，其中射束至少部分地被剃刀刀片遮擋，其中X軸表示從擋住所有射束的起始位置起始直到完全退出激光束路徑的刀片位直。圖2為用于執行本專利技術的方法的一個實施例的設備的示意圖。圖3是繪制成隨著用于處理催化劑的激光掃描速度變化而變化(如實例I中所述)的通過X射線衍射所測定的來自組#3的催化劑的Pt fcc(hkl)晶粒尺寸的圖。圖4A和4B為繪制成如實例I中所述隨著通量變化而變化的比活(4A)和燃料電池質量活(4B)的圖。圖5A為顯示如實例2中所述暴露在空氣或N2下并在4m/s或4. 5m/s速率下的激光處理的樣品上留下的Pt載量的XRF測定的圖。圖5B 為顯不如實例 2 中所述用 PtCoMn 中 O. 05mg/cm2、0. IOmg/cm2 和 O. 15mg/cm2的Pt制成的樣品的XRF校準曲線的圖。圖6A和6B為如實例2中所述質量活對氣體類型和通量所作的圖。圖7A和7B為如實例2中所述質量比表面積對氣體類型和通量所作的圖。圖8A和8B為如實例2中所述比活對氣體類型和通量所作的圖。圖9A和9B為如實例2中所述Pt晶粒尺寸和晶格常數的圖。圖10為如實例3中所述四種催化劑類型的質量比表面積對氣體類型所作的圖。圖11為如實例3中所述四種催化劑類型的比活對氣體類型所作的圖。圖12為如實例3中所述四種催化劑類型的質量活對氣體類型所作的圖。圖13A表示如實例4中所述使用Pt3tlNi7tl制成的催化劑樣品的動力區域和中等電流密度區域中的動電流極化曲線。 圖13B至13E比較如實例4中所述三種樣品類型和未處理的對照的ORR量度。圖14A為針對實例5中所述的樣品的PtCoMn合金催化劑的Pt面心立方(111)晶格參數隨電子束輻射曝光改變而改變的圖，如由X射線衍射圖案所推導的。圖14B為顯示針對實例5中所述的樣品的PtCoMn合金催化劑的Pt fcc[lll]微晶尺寸的變化隨電子束輻射曝光改變而改變的圖，如由X射線衍射圖案所推導的。圖14C表示實例5中所述的催化劑樣品的動電流極化曲線。圖14D表示對實例5中所述的催化劑樣品測定的氧還原反應(ORR)燃料電池量度。具體實施例方式本專利技術描述用于增加納米結構化薄膜(NSTF)PEM燃料電池電催化劑的氧還原活性的后制造方法。所述方法包括在最小殘余氧水平為IOOppm或更低的惰性氣體中以至少30mJ/mm2的入射通量對催化劑合金涂覆的NSTF晶須進行激光退火、電子束退火或其他輻射退火。以4m/s使用掃描CO2激光器，結果是NSTF-PtCoMn合金的質量活(A/mgPt)增加50%。其與移動幅材工藝相容。Pt基合金是目前用于機動車應用開發下的PEM燃料電池的陰極的最佳電催化劑。使用中存在兩種基本類型的催化劑，其中標準的為承載在炭黑上的分散Pt納米粒子。較新的替代形式是納米結構化薄膜催化劑，稱為NSTF。本專利技術展示通過在諸如Ar的惰性氣體氣氛下將位于幅材上的催化劑涂覆的晶須暴露于諸如工業CO2激光器的掃描激光器來增加原始制備的催化劑的質量活的方法。在介于35mJ/mm2和40mJ/mm2之間的恰當能通量下，并且在低本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.04.26 US 61/328,0641.一種制備增強活性的催化劑的方法，所述方法包括以下步驟 a)提供納米結構化薄膜催化劑； b)在殘余氧水平為IOOppm或更低的惰性氣體下通過入射能通量為至少30mJ/mm2的照射對所述納米結構化薄膜催化劑進行輻射退火。2.根據權利要求I所述的方法，其中所述惰性氣體的殘余氧水平為50ppm或更低。3.根據前述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馬克·K·德貝，羅伯特·L·W·史密森，查爾斯·J·斯圖迪內四世，蘇珊·M·亨德里克斯，邁克爾·J·庫爾科夫斯基，安德魯·J·L·斯坦巴克，
申請(專利權)人：三M創新有限公司，
類型：
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。