CN103887527A - 包括位于石墨烯上的非晶金属氧化物的电化学装置 - Google Patents

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Abstract

在一个或更多个实施例中，一种电化学装置包括：助催化剂，包括非晶金属氧化物，所述非晶金属氧化物的量大于基体的总重量的50重量%；以及基体，包括石墨烯并且负载助催化剂。

Description

包括位于石墨烯上的非晶金属氧化物的电化学装置
技术领域
本发明涉及一种包括位于石墨烯上的非晶金属氧化物的电化学装置及其制造方法。
背景技术
燃料电池是给车辆提供动力的潜在低排放能量源。现有的燃料电池催化剂包括位于碳载体上的铂（Pt）纳米颗粒。这些催化剂容易发生催化剂离解和/或结块，常常需要大量昂贵的催化剂负载，因此一般来说成本低效。
发明内容
在一个或更多个实施例中，一种电化学装置包括：助催化剂，包括非晶金属氧化物，非晶金属氧化物的量大于助催化剂的总重量的50重量%；以及基体，包括石墨烯并且负载助催化剂。基体和助催化剂之间的总接触表面可以比基底的外表面小。所述总接触表面可以占基底的外表面的25%到75%。非晶金属氧化物的通式可以为MOX，其中，x相对于氧是亚化学计量的，使得MOx为缺氧的。助催化剂可以被构造为非晶金属氧化物的许多分离的不连续体。所述许多分离的不连续体的平均直径可以为2纳米到3纳米。
所述电化学装置还可以包括负载在助催化剂上并且包括贵金属的催化剂，助催化剂设置在催化剂和基底之间。催化剂可以接触非晶金属氧化物和石墨烯中的至少一个。非晶金属氧化物可以接触石墨烯。
所述电化学装置还可以包括设置为靠近催化剂的质子交换膜，使得催化剂介于助催化剂和质子交换膜之间。
在一个或更多个实施例中，一种电化学装置包括：助催化剂，包括非晶金属氧化物，非晶金属氧化物的量大于基体的50重量%；基体，负载助催化剂并且包括石墨烯；以及贵金属催化剂，负载在基体上，助催化剂设置在催化剂和基底之间。
非晶金属氧化物可以接触石墨烯。
非晶金属氧化物的通式可以为MOX，其中，x相对于氧是亚化学计量的，使得MOx为缺氧的。
基体和助催化剂之间的总接触表面可以占基底的外表面的25%到75%。
助催化剂可以包括非晶金属氧化物的许多分离的不连续体，所述许多分离的不连续体的平均直径可以为2纳米到3纳米。
在一个或更多个实施例中，一种形成电化学装置的方法包括：在基体上形成包括非晶金属氧化物的助催化剂，所述基体包括石墨烯，非晶金属氧化物具有通式MOX并且大于基体的50重量%；将贵金属催化剂沉积到基体上。
所述非晶金属氧化物可以利用MOy源和与MOy源分开提供的惰性气体源通过溅射来形成，y是与x相同的值或不同的值。
所述非晶金属氧化物可以利用洁净金属M源和与洁净金属M源分开提供的混合气体源通过溅射来形成，混合气体包括氧气和惰性气体。
可以在金属氧化物MOX的结晶温度以下的温度下实施溅射。
可以在氧与氩的体积比为10%到30%的条件下实施溅射。
附图说明
图1A示例性地描绘了根据本发明的一个或更多个实施例的燃料电池的透视图；
图1B示例性地描绘了图1A中提及的阴极的透视图；
图1C示例性地描绘了图1B中提及的负载基体的透视图；
图2A描绘了在石墨烯上的2.4nm Pt在0.1M HClO3(a)中以1600rpm在200mV/s的扫描速率下的CV，其中，蓝线表示起始ECSA的CV，而红线表示在ORR测量的10次循环之后的CV；
图2B描绘了在图2A中报告的红线样品在总共200次循环的ECSA测量之后的ORR循环测试；
图3A描绘了负载在非晶导电金属氧化物和石墨烯的混合助催化剂上的2.4nm Pt的STEM图像（HAADF）；
图3B描绘了SAED结果，该结果显示出沉积的NbOx是非晶的而Pt是多晶的；
图3C描绘了沿沉积在石墨烯上的边缘表面的Pt的[111]晶向；
图4A描绘了在石墨烯上的3.0nm非晶NbOx上的2.4nm Pt的ECSA结果；
图4B描绘了获得的ORR活性，表明在2260μA/cm2-Pt的动力电流下的ORR活性与块体Pt的ORR活性非常接近，具有高可接受的稳定性；
图5示例性地描绘了示例中提及的示例溅射工艺。
具体实施方式
现在将详细参考对发明人来说是已知的本发明的组成、实施例和方法。然而，应理解的是，公开的实施例仅仅是可以以各种可替代方式实施的本发明的举例说明。因此，在此公开的具体细节不被理解为是限制性的，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。
除了明确地表示之外，在本描述中指示材料的量或者反应和/或用途条件的所有数值量在描述本发明的最宽范围时将被理解为由词语“大约”来修饰。
与本发明的一个或更多个实施例有关的、适合于给定目的的一组或一类材料的描述意味着该组或类中的任何两个或更多个成员的混合物是合适的。化学术语中的成分的描述指的是添加到在描述中指定的任何组合时的成分，并且不必排除在混合时混合物的成分间的化学相互作用。首字母缩略词或者其它缩写词的第一次定义适用于相同缩写词的本文所有后续使用，并比照适用最初定义的缩写词的常规文法变型。除非明确地做出相反陈述，否则性质的测量通过与用于相同性质的先前或随后参考的技术相同的技术来确定。
诸如燃料电池的电化学装置采用特定的催化剂，以促进电化学反应。铂是在这些装置中广泛使用的催化剂。为了使诸如铂的催化剂有效作用，使用合适的基体来负载并增强催化剂的催化活性。
石墨烯在强度、导电性和抗氧化性方面展示出某些独特和有利的性质。已经发现，根据本发明的一个或更多个实施例，石墨烯的有益性质可以与在石墨烯上负载的非晶金属氧化物的同时采用密切相关。如文中其它地方将详述的，催化剂原子可以经由溅射沉积，沉积的催化剂原子可以与非晶金属氧化物和石墨烯二者接触。在这种构造下，石墨烯与催化剂原子之间的直接接触将有助于使催化剂原子沿催化活性更高的方向呈现，例如，具有(111)、(001）和/或(100)晶面。有利的电催化活性可以经由催化剂原子和非晶金属氧化物之间的d-带相互作用而能够进一步增强。石墨烯和催化剂原子之间的直接接触还由于这些接触的区域提供期望的导电性并且弥补由于存在比石墨烯的导电性相对低的非晶金属氧化物而导致的任何导电损失而是有益的。通过示例的方式，非晶金属氧化物的电阻率为大约1×10-5Ω.cm到5×10-5Ω.cm，比10-6Ω.cm的石墨烯的电阻率高一个数量级。
出于说明的目的，在图1A中示意性地描绘了示例性的电化学装置，例如燃料电池100。燃料电池100包括一对双极板106、110，凹槽116、118以预定的间隔形成在双极板106、110中的每个双极板的两侧上。燃料电池100还包括设置在双极板106、110之间的离子交换膜102、设置在离子交换膜102和双极板110之间的第一电极（例如空气电极）108以及设置在离子交换膜102和双极板106之间的第二电极（例如燃料电极）104。
双极板106和110用于电连接空气电极108和燃料电极104，并防止燃料和空气（氧化剂）混合。凹槽116和118在端到端连接的电池中用作燃料和空气通道。
在操作时，使空气与空气电极108接触，并使氢气与燃料电极104接触从而作为燃料，这使氢气在燃料电极104上分离成氢离子和电子。这些氢离子与水结合，从而通过离子交换膜102移动到空气电极108侧，同时电子经由外部电路（未示出）移动到空气电极108侧。在空气电极108中，氧气、电子和氢离子发生反应以产生水。
图1B示例性地描绘了电极108的部分178，部分178包括负载在助催化剂138上的催化剂128，催化剂128包括贵金属，其随后继而负载在基体148上。助催化剂138包括大于助催化剂138的总重量的50重量%的量的非晶金属氧化物。在某些情况下，非晶金属氧化物的量可以大于助催化剂138的总重量的60重量%、70重量%、80重量%、90重量%或99重量%。
助催化剂138、催化剂128和基体148均可以呈层层的构造并且彼此完全接触，但它们也不必如此。例如，如图1C中描绘的，助催化剂138可以构造成其至少一部分彼此分隔开的多个斑块（patch）或不连续体158。在这种构造下，助催化剂138仅覆盖基体148的外表面168的一部分，覆盖水平为25%到75%、30%到70%、35%到65%或者40%到60%。这种构造的益处可以在于：不连续体158可以形成种子板（seeding plate），从而有助于催化剂128的期望生长。期望生长可以是催化剂128沿[111]、[110]和[001]晶向的生长。在不希望受限于任何具体的理论的情况下，认为非晶金属氧化物中的一些剩余局部原子（短程）有序能够有助于催化剂原子和基体之间的d带相互作用，从而可以增强电催化活性。
另外，催化剂128可以在经由溅射沉积与不连续体158接触时形成渗滤的二维网络。在不希望受限于任何具体的理论的情况下，认为非晶金属氧化物的不连续体158有利地定位沉积的催化剂原子，并有助于沉积的催化剂原子的定向结晶生长，因此进一步增强了催化活性和稳定性。
如这里所提到的，基体148包括石墨烯，并且可以完全由石墨烯形成。在某些情况下，基体148至少包括重量百分比为50%、60%、70%、80%、90%或99%的石墨烯。在这种构造的情况下，催化剂128的一部分可以直接与基体148接触，具体地，可以与石墨烯直接接触。
石墨烯可以由碳原子按呈六边形图案的一个原子厚的片布置的碳形成。术语“石墨烯”或“石墨烯层”指的是含有单层片中的至少一些单独的层的材料。石墨烯通常是密度为大约0.8mg/m2的轻的片。石墨烯中的碳-碳键长度为大约0.14nm。石墨烯片可以堆叠为形成具有大约0.34nm的晶面间距的石墨。
石墨烯可以通过任何合适的方法形成。涉及石墨烯氧化物的化学还原的形成方法的一个非限制性示例可以在“Electronic Transport Properties ofIndividual Chemically Reduced Graphene Oxide Sheets（单独化学还原氧化石墨烯片的电子传输性能）”（Navarro等，NanoLett.2007,7,3499-3503）中看到。依赖于起始材料源，生产出的石墨烯可能含有相对少的量的石墨烯氧化物。
为了使石墨烯的导电率最大化，碳与氧（C:O）的比例以及石墨烯的比表面积可以被用作衡量指标，用来测量给出样品中的高导电率单片的相对丰度（relative abundance）。在不希望受限于任何具体的理论的情况下，认为C:O的比是影响导电率的“表面功能化”的程度的很好的度量，而表面面积表达了在合成粉末中的单片石墨烯的百分比。
不连续体158可以呈任何合适的尺寸。不连续体158的平均直径可以设置成0.5纳米到10纳米、1纳米到7纳米或者2纳米到3纳米。特别地，助催化剂138和不连续体158的平均厚度可以设置成小于50纳米、小于40纳米或小于30纳米。在某些情况下，平均厚度为0.5纳米到10纳米、1纳米到7纳米或者2纳米到3纳米。这些厚度值相对小并且仅可以通过特定的方法形成。如文中其它地方将详述的，溅射是这些方法中的一种方法。这些参数不一定会影响沉积的MOx的电子导电性，然而会影响将要沉积的催化剂的形态和与将要沉积的催化剂的相互作用。
在某些情况下，基体148包括重量百分比少于50%、40%、30%、20%、10%、5%、1%或0.1%的任何金属。这会变得重要，因为基体148中的金属的存在不会为电化学装置100带来附加值。相反，在基体148中存在金属会带来不必要的重量和腐蚀敏感度，特别是在燃料电池的上下文内。
在一个或更多个实施例中，术语“非晶金属氧化物”指的是那些具有下述特性中的至少一种特性的金属氧化物：基本没有晶界、具有局部/短程有序原子排列以及基本没有晶体的长程有序原子排列特征，从而这些金属氧化物不太可能转化成晶体结构。非晶导电金属氧化物抵抗氧结合，由此保持预制的材料的结构稳定性和电子导电性。
非晶结构的另一益处在于：当处于非晶态时，金属氧化物可以比它们的晶体对应物相对更容易地构造成薄膜。
相比之下，晶体或结晶固体是构成原子、分子或离子按照沿整个三维空间延伸的有序图案而排列的固体材料。除了它们的微观结构外，大的晶体通常通过它们的由具有特定的特征取向的平面构成的宏观几何形状而是可辨认的。晶体和晶体成形的科学研究被称作晶体学。经由晶体生长机制而形成晶体的过程被称为结晶化或凝固。常见的晶体包括雪花、钻石和食盐；然而，最常见的无机固体是多晶体。
非晶金属氧化物的通式可以为MOx，其中，x相对于氧是亚化学计量的，使得MOx为缺氧的。在MOx相对于氧原子为亚化学计量的情况下，非晶金属氧化物MOx的结构含有氧空位，其中，一些应由氧原子占据的晶格格位是空的。在相对于化学计量的氧化物的亚化学计量的氧化物中，由于M-M键比M-O键的分数相对高，这将为特定的亚化学计量的MOx带来较高的金属导电性。
虽然某些易于获得的金属的氧化物可以在形成助催化剂138的过程中被构造成它们的非晶、导电态，但是在设计基体时会考虑某些参数。一个这样的考虑因素是基体不能是完全绝缘的，这会延迟电化学反应。另一个考虑因素是成本，使得用于生产基体的材料和制造成本不应该成为设计整个电化学装置的限制因素。如在文中任何其它地方详述的，非晶金属氧化物被认为转化到绝缘态的阻力相对较高，并且维持在导电态相对更加稳定。
在非晶导电MOx中的金属M的非限制性示例包括Sc、Ti、Cr、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Hf、Ta、W、Re、Ir、Pt、Au或它们的合金和组合。
如在本文中其它地方所详述的，x相对于氧原子是亚化学计量的。例如，以Nb为例，晶体NbO和NbO2是电子导电的。相反，晶体Nb2O5是电子绝缘的，应该避免这种情况。然而，非晶金属氧化物NbOx在宽范围的x值下是导电的。稳定、导电的非晶金属氧化物能够维持金属氧化物载体对Pt活性的有益效果，而不因载体氧化而损失载体导电性和稳定性。因此，以NbOx为例，应该避免存在Nb2O5，而在偶然包括Nb2O5时，Nb2O5的量应该不高于助催化剂138的总重量的5%、2.5%、1%或0.5%。
助催化剂138包括少于20重量%、10重量%、5重量%、1重量%、0.1重量%或0.01重量%的任何杂质。杂质可能包括除了目标非晶金属氧化物之外的任何物质。在某些情况下，杂质可以是以偶然存在的晶体金属氧化物的形式。在某些特定的情况下，偶然存在的晶体金属氧化物与目标非晶金属氧化物的重量比小于0.05、0.01或0.001，从而助催化剂138可以被认为基本不含有任何偶然存在的晶体金属氧化物。因此，以非晶NbOx为例，应该避免存在晶体Nb2O5，而在偶然包括Nb2O5时，Nb2O5的量应该不多于助催化剂138的总重量的20重量%、10重量%、5重量%、1重量%、0.1重量%或0.01重量%。
在某些其它情况下，杂质可以是偶然存在的任何贵金属（诸如铂、钌、铑、钯、银、金、铱和锇）和/或它们的盐和合金的形式。从成本效益方面来讲，助催化剂138不必包括任何贵金属。对于助催化剂138和催化剂128接触的程度，在助催化剂138中的金属M和催化剂128中的贵金属之间预期无化学键（例如金属键的形成）。
在不希望受限于任何具体的理论的情况下，认为在上文中详述的相对低的杂质比率通过使用在特定合适的参数下操作的溅射技术来实现。可以利用M清洁源、O清洁源并利用真空设备来执行溅射。因此，由溅射形成的非晶金属氧化物能够具有相对高的纯度。此优点是与金属氧化物经由湿液体应用涂覆而形成为不可避免地包括不可控的量的杂质的层的一些其它方法直接比较的结果，更不用说非晶金属氧化物的可控的存在和晶体金属氧化物的可控的不存在了。
助催化剂138能够通过物理气相沉积（PVD）（诸如溅射）、凝胶加工、化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）来制备。ALD通常可以使用各种氧源来分解前驱体化合物。水和氧都可以在ALD工艺中使用。
溅射是通过由能量粒子施加的轰击而从固体源材料喷射原子的工艺。在入射粒子的动能远远超过传统热能时发生溅射。物理溅射可以通过由于冲击而导致材料中的离子和原子之间的动量交换来驱动。溅射工艺中的初级粒子可以以许多方式来供应，例如，通过等离子体、离子源、加速器供应或通过放射性物质发射阿尔法粒子来供应。
在多组分固体源材料被轰击时的初始阶段并且不存在固态扩散的情况下，可以发生择优溅射。如果对于多个源组分中的一个源组分来说能量传递更加有效，和/或其与固体结合不是那么强，则其将比其它源组分更有效地溅射。如果在AB合金中A组分被择优溅射，那么在长时间的轰击过程中该固体的表面将富集B组分，由此增加了溅射B的可能性，使得溅射材料的成分将成为AB。当MOx中的M包括两种或多种元素时，这对于形成MOx是有用的。
为了确保助催化剂138内含有的金属氧化物是非晶质的，应控制特定的操作参数。例如，应该在不大于金属氧化物MOx的结晶温度的温度下执行溅射，以避免形成任何金属氧化物的晶体结构。以NbOx为例，应该一直在低于700℃的条件下执行溅射。
通过溅射，非晶金属氧化物可以形成为分隔开的不连续体，诸如图1C中详细绘出的不连续体。这些不连续体的形态可以经由透射电子显微镜（TEM）来评估。
透射电子显微镜（TEM）是电子束透过超薄样品，随着电子束经过而与样品相互作用的显微技术。通过透过样品的电子的相互作用而成像。TEM能够以比光学显微镜明显更高的分辨率成像。这能够使仪器的使用者精细地检查甚至是光学显微镜下的最小可分辨物体的数万倍小的单列原子那么小。
为了获得沉积为非晶质并且是导电的金属氧化物，应该考虑特定的操作参数。这些参数可以包括起始材料的类型、氧与氩的比例以及沉积温度。例如，沉积温度和/或材料温度在任何时候和所有操作条件下被维持在再结晶温度以下。如果材料温度超过再结晶温度，则非晶材料结晶化并且失去有利的非晶性能。另外，认为如果金属氧化物在燃料电池操作所需的整个温度窗口下处于非晶质，那么金属氧化物将一直处于导电态。
另一考虑因素是在溅射工艺中用于形成等离子体的气体混合物中的氧含量。气体混合物可以包括除了氧之外的惰性气体。氩气是惰性气体的非限制性示例。当使用氧和氩时，氧与氩的体积比应保持在10%到30%。这个比例的有益之处在于：控制氧气的量使得通过溅射而形成的金属氧化物可以是缺氧的。如在文中其它地方所提到的，缺氧的非晶金属氧化物比不缺氧的对应物电子导电性更强。
在不希望受限于任何具体的理论的情况下，认为当基体温度适当（即，在300℃以上而在大约700℃的再结晶温度以下）时，沉积在非晶导电金属氧化物上的Pt形成2-D渗滤的Pt网络。所获得的在导电非晶金属氧化物基体上的基于Pt的ORR催化剂展现出块状的ORR活性。
用于执行溅射的又一考虑因素是真空度。真空度可以用于控制沉积的MOx层的清洁度，并增强单独的沉积层的成核。
可以利用MOy源和与MOy源分开提供的惰性气体源通过溅射来形成助催化剂，其中，y可以与x相同或不同。例如，当M为Nb时，MOy可以是y为2.5的Nb2O5，而MOx可以是x的值在0.9和2.2之间的NbO或NbO2或者任何其它组成。
可选择地，可以利用洁净金属M源和与洁净金属M源分开提供的混合气体源来实施溅射，混合气体包括氧和惰性气体。使用惰性气体来形成用于溅射工艺的等离子体。利用通过惰性气体形成的等离子体分开地溅射氧和M，从而在接收面上形成期望的非晶金属氧化物。在形成基体的过程中，可以在氧与惰性气体的体积比为10%到30%的条件下实施溅射。
可以使用与选择角电子衍射（SAED）结合的TEM或高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）来检测和分析非晶金属氧化物。SAED可以以衍射方式利用TEM执行。
选区（电子）衍射（SAED）是一种能够在TEM内部执行的晶体学实验技术。在TEM中，薄的晶体样品经受平行的高能电子束。由于高能电子的波长为千分之几纳米，并且固体中的原子之间的间隔为大约几百倍大，因此原子作为被衍射的电子的衍射光栅。即，电子中的一部分将以特定的角度分散，由样品的晶体结构所确定，同时其它电子继续穿过样品而没有偏斜。因此，在TEM屏幕上的图像将呈一系列的点——选区衍射图案，每个点对应于样品晶体结构的满足的衍射条件。
SAD被称作“选择”是由于用户能够容易地选择样品的各部分来获取衍射图案。例如，在多晶体样品中这很重要。如果多于一个晶体对SADP有贡献，则难以或不能够进行分析。因此，一次选择单个晶体来分析是有用的。一次选择两个晶体也是有用的，以检测它们之间的晶向。
作为衍射技术，SAD可以用于确认晶体结构和检测晶体缺陷。SAD类似于XRD，但其独特之处在于，能够检测尺寸为几百纳米那么小的区域，而通常XRD检测的样品区域的尺寸为几厘米。
在某些情况下，在将包括非晶金属氧化物MOx的助催化剂沉积并形成到石墨烯上的过程中，溅射是优于ALD的方法。这至少是由于，ALD不容易提供一种确保形成的MOx是缺氧的从而确保MOx是导电的且是非晶的机制。
总体上已经描述了本发明的一些实施例，可以通过参照特定的具体示例而获得进一步的理解，除非另外指出，否则特定的具体示例在这里仅出于说明的目的而提供的，并且不意图是限制性的。
示例
在该示例中，由磁控溅射到负载在石墨烯片上的非晶NbOx上的2.4nm的Pt形成的催化剂样品的ORR（氧化还原反应）活性与由直接磁控溅射到石墨烯片上的2.4nm的Pt形成的对照催化剂的ORR活性进行对比。
图5示例性地描绘了用于形成Pt催化剂和非晶NbOx的示例溅射工艺。如图5中示例性地描绘的，由Ar和/或O2形成的等离子体轰击Nb源靶；得到的Nb靶随后被释放，冲向石墨烯的基底并粘到石墨烯的基底上。
图2A描绘了在石墨烯上的2.4nmPt的对照催化剂在0.1M HClO3中以1600rpm在200mV/s的扫描速率下的CV（循环伏安测试），其中，线202表示起始ECSA（用于化学分析的电子能谱）的CV，线204表示在ORR测量的10次循环之后的CV。图2B描绘了在图2A中报告的线204的对照催化剂在总共200次循环的ECSA测量之后的ORR循环测试。从图2A到图2B中可以看出的是，特别是从图2A中，对照催化剂不是特别稳定，如线204显示出与线202在CV曲线上的明显平移。
在比较中，通过在350℃将3.0nm的非晶导电NbOx磁控溅射到石墨烯上，随后将2.4nm Pt溅射到NbOx和石墨烯的混合载体上来形成样品催化剂。图3A和图3B分别示出了样品催化剂的相应的STEM（扫描透射电子显微镜）图像和SAED（选区电子衍射）图像。图3C示出了沿石墨烯基体的边缘表面沉积的Pt的[111]晶向。从图3A和图3B中可以看出的是，形成渗滤的Pt网络，其中，NbOx仍然为非晶的，而Pt是多晶的。从图3A中可以看出的是，沉积的Pt原子与NbOx涂覆区域和暴露的石墨烯区域都接触，其中，基于如图4B中示出的HRE测量，Pt原子展现出块状ORR活性。
图4A描绘了在图3A中提及的催样品化剂的ECSA结果。图4B描绘了获得的ORR活性，显示出在2260μA/cm2-Pt的动力电流下的ORR活性与块体Pt的ORR活性非常接近，具有高可接受度的稳定性。
表1将重复运行中的动力电流数据制成表格。如表1中所报告的，所获得的具有位于负载在石墨烯上的NbOx上的2.4nm的Pt的结构的动力电流为大约2260μA/cm2。
表1
位于负载在石墨烯上的非晶NbOx上的2.4nm的Pt 粗糙度 Jk(μA/cm2)
运行1 1.2 2143
运行2 0.9 2377
平均值 1.1 2260
序号为13/721,908的美国专利申请（相关联的文档摘要识别号为83234077/FMC4226PUS）会涉及到这里公开并要求的方法，并且通过引用其全部内容包含于此。
尽管已经详细地描述了用于实施本发明的最佳模式，但是对本发明涉及的领域熟悉的技术人员将认识到用于实施由权利要求所限定的本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种电化学装置，所述电化学装置包括：
助催化剂，包括非晶金属氧化物，非晶金属氧化物的量大于助催化剂的50重量%；以及
基体，负载助催化剂并且包括石墨烯。
2.如权利要求1所述的电化学装置，所述电化学装置还包括负载在助催化剂上并且包括贵金属的催化剂，助催化剂设置在催化剂和基底之间。
3.如权利要求1所述的电化学装置，其中，催化剂接触非晶金属氧化物和石墨烯中的至少一个。
4.如权利要求2所述的电化学装置，其中，非晶金属氧化物接触石墨烯。
5.如权利要求2所述的电化学装置，所述电化学装置还包括设置为邻近催化剂的质子交换膜，使得催化剂介于助催化剂和质子交换膜之间。
6.如权利要求1所述的电化学装置，其中，非晶金属氧化物的通式为MOX，其中，x相对于氧是亚化学计量的，使得MOx为缺氧的。
7.如权利要求1所述的电化学装置，其中，基体和助催化剂之间的总接触表面比基底的外表面小。
8.如权利要求7所述的电化学装置，其中，所述总接触表面占基底的外表面的25%到75%。
9.如权利要求1所述的电化学装置，其中，助催化剂包括非晶金属氧化物的多个分离的不连续体。
10.如权利要求9所述的电化学装置，其中，所述多个分离的不连续体的平均直径为2纳米到3纳米。
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