CN114026718A - 燃料电池催化剂、其制造方法及包括其的膜-电极组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料电池催化剂、燃料电池催化剂的制造方法及包括燃料电池催化剂的膜‑电极组件，该燃料电池催化剂仅对催化活性相对较低、铂溶出量最大并且容易形成氧化铂的部分选择性地涂覆保护层，从而可以有效地防止由于燃料电池的长期运行引起的降解，同时还可以使催化剂活性的降低最小化。本发明的燃料电池催化剂包括：包含铂的纳米粒子；以及保护层，选择性地仅涂覆在纳米粒子的表面的一部分上，并且能够通过与纳米粒子相互作用抑制铂的氧化。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池的催化剂、该催化剂的制造方法及包括该催化剂的膜-电极组件，更具体地，涉及一种如下所述的用于燃料电池的催化剂、该催化剂的制造方法及包括该催化剂的膜-电极组件，该用于燃料电池的催化剂被配置为使得仅是催化活性相对较低、铂最大量迁移并且容易形成氧化铂的部分用保护层选择性地涂覆，从而可以使催化剂活性的降低最小化的同时有效地防止催化剂由于燃料电池的长期运行而被降解。
背景技术
聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)被配置为使用堆叠有单元电池的结构来发电，聚合物电解质膜燃料电池由于其高能量效率和环境友好的特性，而作为能够替代化石燃料的下一代能源受到关注，每个单元电池包括膜-电极组件(MEA)和隔板(也称为“双极板”)。
膜-电极组件通常包括阳极(也称为燃料电极)、阴极(也称为空气电极)以及设置在它们之间的聚合物电解质膜。
当诸如氢气的燃料供被供应到阳极时，由于氢的氧化反应，在阳极处产生氢离子(H+)和电子(e-)。产生的氢离子经由聚合物电解质膜转移到阴极，产生的电子经由外部电路转移到阴极。供应到阴极的氧与氢离子和电子结合，并且作为还原的结果而产生水。
阳极和阴极分别包括用于氢的氧化反应和氧的还原反应的催化剂，其中通常使用包含铂的纳米粒子或铂基合金的纳米粒子的催化剂。
当燃料电池长时间运行时，由于高压和强酸性环境引起铂的迁移和/或氧化，从而加速了催化剂的降解。因此，为了提高燃料电池的耐久性和寿命，防止燃料电池长期运行时催化剂的降解是非常重要的。
韩国专利第1702929号和第1828175号提出了用碳壳涂覆金属纳米粒子的整个表面以防止催化剂降解。
上述的现有技术文献中的每一个公开的碳壳覆盖催化剂的金属纳米粒子的整个表面。因此，催化剂的活性表面积减少，并且诸如燃料、空气、产生的水的物质的输送被干扰，由此膜-电极组件的输出性能降低。
发明内容
技术问题
因此，本发明涉及一种能够解决由于上述相关技术的局限性和缺点而导致的问题的用于燃料电池的催化剂、该催化剂的制造方法及包括该催化剂的膜-电极组件。
本发明的一个方面旨在提供一种用于燃料电池的催化剂，其被配置为仅是催化活性相对较低、铂最大量迁移并且容易形成氧化铂的部分用保护层选择性地涂覆，由此能够使催化剂活性的降低最小化的同时有效地防止由于燃料电池的长期运行引起的催化剂的降解。
本发明的另一方面旨在提供一种用于燃料电池的催化剂的制造方法，该用于燃料电池的催化剂被配置为仅是催化活性相对较低、铂最大量迁移并且容易形成氧化铂的部分用保护层选择性地涂覆，由此能够使催化剂活性的降低最小化的同时有效地防止由于燃料电池的长期运行引起的催化剂降解。
本发明的又一方面旨在提供一种包括催化剂的膜-电极组件，该催化剂被配置为能够使催化剂活性的降低最小化的同时有效地防止由于燃料电池的长期运行引起的催化剂降解，由此可以长时间保持燃料电池的性能并延长燃料电池的寿命。
除了上述目的之外，本发明的其他特征和优点将在下文中进行描述，或者本发明所属领域的技术人员将通过以下描述清楚地理解。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种用于燃料电池的催化剂，该催化剂包括：纳米粒子，所述纳米粒子包含铂；以及保护层，所述保护层仅选择性地涂覆在纳米粒子的表面的一部分上，保护层被配置为与纳米粒子相互作用以抑制铂的氧化。
用保护层选择性地涂覆的纳米粒子的表面的一部分可以包括低配位点(low-coordinated site)。
纳米粒子可以具有面心立方(FCC：face centered cubic)结构，并且低配位点可以是(110)晶面。
可以仅纳米粒子的低配位点用保护层涂覆。
保护层可以包含能够被吸附到纳米粒子的表面的一部分的硫(S)原子。
保护层可以通过具有硫醇基(-SH)的前体的交联而形成，由此保护层可以具有交联结构。
具有硫醇基的前体可以是(i)具有硫醇基的碳前体、(ii)具有硫醇基的氧化硅前体、(iii)具有硫醇基的金属前体、(iv)具有硫醇基的金属氧化物前体或(v)它们中的两种以上的混合物。
具有硫醇基团的前体可以是(3-巯基丙基)三乙氧基硅烷(MPTES)、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTMS)或它们的混合物。
纳米粒子可以是铂纳米粒子或铂基合金纳米粒子。
铂基合金纳米粒子可以是Pt-Pd、Pt-Mn、Pt-Sn、Pt-Mo、Pt-Cr、Pt-W、Pt-Ru、Pt-Ni、Pt-Ru-W、Pt-Ru-Ir、Pt-Ru-Ni、Pt-Ru-Mo、Pt-Ru-Rh-Ni、Pt-Ru-Sn-W、Pt-Ru-Ir-Ni、Pt-Ru-Ir-Y、Pt-Co、Pt-Co-Mn、Pt-Co-Ni、Pt-Co-Fe、Pt-Co-Ir、Pt-Co-S、Pt-Co-P、Pt-Fe、Pt-Fe-Ir、Pt-Fe-S、Pt-Fe-P、Pt-Au-Co、Pt-Au-Fe、Pt-Au-Ni、Pt-Ni、Pt-Ni-Ir、Pt-Cr或Pt-Cr-Ir。
催化剂可以进一步包括载体，纳米粒子由载体承载。
根据本发明的另一方面，提供一种用于燃料电池的催化剂的制造方法，该方法包括：制备包含铂的纳米粒子；以及用能够与纳米粒子相互作用的保护层仅选择性地涂覆纳米粒子的表面的一部分，以抑制铂的氧化。
纳米粒子可以由载体承载。
涂覆可以包括：制备包含具有硫醇基的前体的保护层形成液；将纳米粒子分散在保护层形成液中，使得前体仅被选择性地吸附到每个纳米粒子的表面的一部分；使选择性地吸附有前体的纳米粒子从保护层形成液分离；干燥分离出的纳米粒子；以及对干燥后的纳米粒子进行热处理，以使前体交联。
保护层形成液可以包括：溶剂，所述溶剂选自由乙醇、蒸馏水、异丙醇、正丙醇、丁醇及它们的两种以上的混合物组成的组中；以及前体，所述前体溶解在溶剂中。
保护层形成液中的前体的摩尔浓度可以为0.25至2mM。
保护层形成液中包含的前体与分散在保护层形成液中的纳米粒子的重量比可以为2.5至20％。
可以通过离心来执行纳米粒子的分离。
根据本发明的又一方面，提供一种膜-电极组件，包括：阳极；阴极；以及聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜在阳极与阴极之间，其中，阳极和阴极中的至少一个包括前述催化剂。
以上给出的本发明的一般描述仅用于说明或描述本发明，并不限制本发明的权利的范围。
有益效果
根据本发明，仅是催化活性较低、铂量最大迁移并且容易形成氧化铂的部分(即，低配位点)用保护层选择性地涂覆，由此能够使催化剂活性的降低最小化的同时，有效地防止由于燃料电池的长期运行引起的催化剂降解。因此，可以长时间保持燃料电池的性能并延长燃料电池的寿命。
附图说明
附图被包括以帮助理解本发明并且被包含在本说明书中并构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例并且与本发明的详细描述一起用于解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明实施例的用于燃料电池的催化剂的示意图。
图2是示出在通过对根据实施例1至3和比较例1和2制造的催化剂执行循环伏安法(CV)获得的每个氢解吸峰处的低配位点峰(0.15V)与高配位点峰(0.2V)的高度比(即，(低配位点峰的高度)/(高配位点峰的高度))。
图3的(a)和图3的(b)是分别示出电压循环的每10,000循环周期的根据实施例2和3以及比较例1和2制造的催化剂的电化学活性表面积(ECSA)保留率的变化和催化活性保留率的变化的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例。然而，以下实施例仅是为了清楚地理解本发明而示例性地提供，并不限制本发明的范围。
如图1所示，根据本发明的用于燃料电池的催化剂10包括包含铂的纳米粒子11和选择性地仅涂覆在纳米粒子11的表面的一部分上的保护层12。
本文所用的术语“纳米粒子”是指尺寸为1nm以上但小于1μm的粒子。
根据本发明的保护层12不仅可以物理地抑制铂从纳米粒子11迁移和铂氧化，而且还可以通过与纳米粒子11进行电子相互作用来化学地抑制铂的氧化。
纳米粒子11的被保护层12选择性涂覆的表面的一部分为低配位点，其是催化活性较低、铂最大量迁移并且容易形成氧化铂的区域。
即，根据本发明，仅是低配位点(催化活性相对低并且铂降解有可能最过度地发生的部分)用保护层12选择性地涂覆，由此可以使活性表面积的减少最小化。根据本发明的催化剂10的活性表面积是不具有保护层的常规催化剂的活性表面积的50％至90％。
因此，根据本发明，可以使由于活性表面积的减少而可能引起的催化活性的降低最小化，同时可以有效地防止催化剂10的降解。因此，根据本发明，可以长时间保持燃料电池的优异性能并且可以增加燃料电池的寿命。
一般而言，根据本发明的纳米粒子11具有面心立方(FCC)结构，低配位点为(110)晶面。因此，根据本发明的实施例，纳米粒子11的被保护层12选择性地涂覆的表面的一部分可以包括(110)晶面。可选地，可以仅是纳米粒子11的(110)晶面用保护层12涂覆。
纳米粒子11可以具有FCC结构以外的晶格结构，例如体心立方(BCC：bodycentered cubic)结构。在这种情况下，要用保护层12涂覆的低配位点可以是(110)晶面、(111)晶面、(100)晶面和/或(211)晶面。
保护层12可以包含能够被吸附到纳米粒子11的低配位点的硫(S)原子。更具体地，保护层12可以具有硫醇基(-SH)。表现出高电负性的硫醇基(-SH)的硫(S)原子被强烈吸附到由铂或铂基合金制成的纳米粒子11的低配位点(例如，FCC晶格结构的(110)晶面)。
根据本发明的实施例，保护层12可以通过交联具有硫醇基的前体而形成，由此保护层可以具有交联结构。由于硫醇化合物的主链有可能容易地断裂，因此由具有线性结构的硫醇化合物(诸如烷硫醇)形成的保护层具有低的稳定性。也就是说，根据本发明的实施例的具有交联结构的保护层12可以比具有线性结构的保护层更稳定和更长时间地执行防止催化剂降解的功能，这对于保护层是必要的。
具有硫醇基的前体可以是(i)具有硫醇基的碳前体、(ii)具有硫醇基的氧化硅前体、(iii)具有硫醇基的金属前体、(iv)具有硫醇基的金属氧化物、或(v)它们的两种以上的混合物。例如，具有硫醇基的前体可以是(3-巯基丙基)三乙氧基硅烷(MPTES)、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTMS)或它们的混合物。
纳米粒子11可以是铂纳米粒子或铂基合金纳米粒子。
铂基合金纳米粒子可以是Pt-Pd、Pt-Mn、Pt-Sn、Pt-Mo、Pt-Cr、Pt-W、Pt-Ru、Pt-Ni、Pt-Ru-W、Pt-Ru-Ir,Pt-Ru-Ni,Pt-Ru-Mo、Pt-Ru-Rh-Ni、Pt-Ru-Sn-W、Pt-Ru-Ir-Ni、Pt-Ru-Ir-Y、Pt-Co、Pt-Co-Mn、Pt-Co-Ni、Pt-Co-Fe、Pt-Co-Ir、Pt-Co-S、Pt-Co-P、Pt-Fe、Pt-Fe-Ir、Pt-Fe-S、Pt-Fe-P、Pt-Au-Co、Pt-Au-Fe、Pt-Au-Ni、Pt-Ni、Pt-Ni-Ir、Pt-Cr或Pt-Cr-Ir。
如图1所示，根据本发明的实施例的用于燃料电池的催化剂10可以进一步包括载体13，纳米粒子11通过载体13承载。图1示出了全部纳米粒子11均设置在载体13的表面上。然而，本发明不限于此。纳米粒子11的至少一部分可以渗透载体13并填充载体13的孔。
载体13可以是：(i)基于碳的载体；(ii)多孔无机氧化物载体，例如氧化锆、氧化铝、二氧化钛、二氧化硅和氧化铈；或(iii)沸石载体。
基于碳的载体可以选自由石墨、超P、碳纤维、碳片、炭黑、科琴黑、Denka黑、乙炔黑、碳纳米管(CNT)、碳球、碳带、富勒烯、活性炭、碳纳米纤维、碳纳米线、碳纳米球、碳纳米角、碳纳米笼、碳纳米环、有序纳米/介孔碳、碳气凝胶、介孔碳、石墨烯、稳定碳、活性炭以及它们的两种以上的组合组成的组。
在下文中，将详细描述根据本发明的实施例的用于燃料电池的催化剂的制造方法。
根据本发明的用于燃料电池的催化剂的制造方法包括：制备包含铂的纳米粒子11，以及用能够与纳米粒子11相互作用的保护层12选择性地仅涂覆纳米粒子11的表面的一部分，以抑制铂的氧化。
如前所述，纳米粒子11可以由诸如基于碳的载体的载体13承载。
根据本发明的一个实施例，涂覆可以包括：(i)制备包含具有硫醇基的前体的保护层形成液；(ii)将纳米粒子11分散在保护层形成液中，使得该前体被选择性地仅吸附到每个纳米粒子11的表面的一部分；(iii)使被选择性吸附有前体的纳米粒子11从保护层形成液中分离；(iv)干燥所分离的纳米粒子11；以及(v)对经干燥的纳米粒子11进行热处理，以使选择性吸附到每个纳米粒子11的表面的一部分的前体交联并由此形成保护层12。
保护层形成液可以通过将前体溶解在选自由乙醇、蒸馏水、异丙醇、正丙醇、丁醇及前述两种以上的混合物组成的组中的溶剂中而获得。具有硫醇基的前体的具体示例已在前面进行了描述，因此将省略对其的详细描述。
保护层形成液中的前体的摩尔浓度可以为0.25mM至2mM。
包含在保护层形成液中的前体与分散在保护层形成液中的纳米粒子11的重量比可以为2.5％至20％，更优选地为5％至10％。
如果该重量比小于2.5％，则不能在纳米粒子11的整个低配位点上形成保护层12，因此不能充分防止催化剂10的降解。
另一方面，如果该重量比大于20％，则保护层12也涂覆在纳米粒子11的除低配位点以外的部分上，从而使催化剂活性表面积显著减少，因此催化剂10的活性严重降低。也就是说，当纳米粒子11分散在保护层形成液中时，具有硫醇基的前体首先被吸附到纳米粒子11的低配位点。然而，一旦纳米粒子11的低配位点中前体饱和，前体进一步被吸附到纳米粒子11的高配位点上。因此，为了达到本发明的期望的效果，将前体与纳米粒子11的重量比适当地调整到上述范围内是非常重要的。
可选地，可以搅拌其中分散有纳米粒子11的保护层形成液一天或两天以加速前体的吸附。
可以进行离心以使选择性吸附有前体的纳米粒子11从保护层形成液分离。
从保护层形成液分离的纳米粒子11在400℃至80℃下干燥12小时至36小时，由此选择性地吸附到每个纳米粒子11的表面的一部分上的前体发生交联，因此形成根据本发明的保护层12。
由此获得的根据本发明的用于燃料电池的催化剂10可以与离聚物一起分散在分散介质中以制备分散溶液，并且可以使用分散溶液形成膜-电极组件的阳极和/或阴极。
根据本发明的膜-电极组件可以通过以下步骤制造：(i)使用分散溶液形成电极，然后将电极转移到聚合物电解质膜或(ii)将分散溶液直接涂覆在聚合物电解质膜上以形成一个电极。膜-电极组件包括阳极、阴极和设置在它们之间的聚合物电解质膜，其中阳极和阴极中的至少一个包括根据本发明的催化剂10。
与用于燃料电池的催化剂10一起分散在分散介质中的离聚物被提供用于氢离子转移，并且可以用作粘合剂以增强电极与聚合物电解质膜之间的粘附性。离聚物可以是具有至少一个质子交换基团的质子导体，所述质子交换基团选自由磺酸基、羧基、硼酸基、磷酸基、酰亚胺基、磺酰亚胺基、磺酰胺基、磺酰氟基以及它们的组合组成的组。具体地，根据本发明的实施例的离聚物可以是(i)具有磺酸基和/或羧基的氟基质子导体，(ii)具有磺酸基和/或羧基的烃基质子导体，或(iii)它们的混合物。
优选地，调节分散溶液中的催化剂10的含量，使得催化剂10的重量为电极总重量的20重量％至80重量％。如果电极中的催化剂10的含量小于20wt％，则可能无法满足电极所需的催化活性。另一方面，如果电极中的催化剂10的含量大于80重量％，则可能引起催化剂10的聚集，这会减少催化剂10的活性表面积并降低其的催化活性。
在下文中，将参考具体实施例详细描述本发明。然而，以下的实施例仅用于帮助理解本发明，并不限制本发明的权利范围。
实施例1至3
将(3-巯基丙基)三乙氧基硅烷(MPTES)溶解在乙醇中以制备保护层形成液，然后将Pt/C催化剂分散在保护层形成液中。保护层形成液中的MPTES与被分散的Pt/C催化剂中的Pt的重量比以及保护层形成液中的MPTES的摩尔浓度示于下表1中。将分散有Pt/C催化剂的保护层形成液混合24小时，然后进行3次离心以去除乙醇和残留的MPTES。将由此获得的选择性地吸附有MPTES的Pt/C催化剂在60℃下在真空烘箱中干燥24小时，从而“其上选择性地涂覆有保护层的Pt/C催化剂”完成。
[表1]
比较例1
原样使用与实施例中使用的Pt/C催化剂相同的催化剂，而不在其上形成保护层。
比较例2
作为对于铂晶面没有选择性的聚合物的聚酰亚胺被涂覆在每个Pt纳米粒子的整个暴露表面上以制备催化剂。具体地，用作聚酰亚胺前体的聚酰胺酸与如在实施例中使用的同样的Pt/C催化剂一起被引入到NMP溶剂中，然后将它们分散在NMP溶剂中。聚酰胺酸与催化剂的重量比为3重量％。将分散的溶液在室温下混合24小时，然后进行数次离心以去除残留的聚酰胺酸。将由此获得的催化剂在氮气氛中在300℃下热处理3小时，以使涂覆在催化剂上的聚酰胺酸酰亚胺化。因此，获得了在分散在碳载体上的Pt纳米粒子的整个暴露表面上涂覆有聚酰亚胺聚合物的催化剂。
实验例
对于根据实施例和比较例制造的催化剂，使用以下方法测量(i)保护层的吸附选择性和(ii)电化学耐久性。
将每种催化剂通过超声波分散法分散在异丙醇和水以7:3的体积比混合的混合溶液中以制作油墨。混合溶液中的催化剂的浓度为1.6mg/ml。随后，将油墨浇铸在旋转圆盘电极(RDE：rotating disk electrode)上，然后进行干燥以制作电极。在0.1M的HClO4水性溶液电解质中对获得的电极进行半电池测试。使用在通过循环伏安法(CV)在室温下用N2饱和的0.1M的HClO4水性溶液电解质中获得的在0.05V和0.4V之间的氢解吸峰对催化剂的电化学活性表面积以及MTPES对于Pt的选择性吸附进行了研究。随后，电解质用O2饱和，测量通过线性扫描伏安法(LSV)获得的在0.9V下的电流值，并且由此计算出催化剂的活性。此外，为了评价电化学耐久性，在用O2饱和的电解质中进行0.6V至1.0V的电压循环，并在30,000次循环后测量活性表面积的减少和活性的降低。
图2是示出在通过对根据实施例1至3和比较例1和2制造的催化剂进行循环伏安法(CV)获得的每个氢解吸峰处低配位点峰(0.15V)与高配位点峰(0.2V)的高度比(即，(低配位点峰高)/(高配位点峰高))的图。
从图2可以看出，对于低配位点的选择性越大，峰高比越高。没有形成选择性保护层的比较例1表现出最低的峰高比(0.754)，与比较例1类似，每个纳米颗粒的整个暴露表面涂覆有聚酰亚胺的比较例2也表现出0.756的低峰高比。相比之下，形成了选择性保护层的实施例中的每一个表现出与比较例相比更高的峰高比。
实施例2表现出最高的峰高比，而以相对较大的量使用前体的实施例3表现出相对较低的峰高比。这表明用于形成保护层的前体首先被吸附到Pt的低配位点，在低配位点饱和之后被吸附到Pt的高配位点。也就是说，这表明根据本发明的保护层优先形成在Pt的低配位点上。
图3的(a)和图3的(b)是分别示出在每10,000次电压循环周期根据实施例2和3以及比较例1和2制造的催化剂的电化学活性表面积(ECSA)保留率的变化和催化活性保留率的变化的图。
可以看出，未形成选择性保护层的比较例1的催化剂和每个纳米颗粒的整个暴露表面涂覆有聚酰亚胺的比较例2的催化剂的电化学活性表面积和催化活性这两者随着电压循环的进行急剧减少。
相反，可以看出，由于电压循环引起的实施例2和3的催化剂的电化学活性表面积和催化活性的降低率远小于比较例的降低率。
综上所述，从图2和图3可以看出，根据本公开的在其上选择性地形成保护层的催化剂在使由于保护层的存在可能引起的催化活性的降低最小化的同时，使电化学耐久性得到极大改善。
Claims (19)
1.一种用于燃料电池的催化剂，所述催化剂包括：
纳米粒子，所述纳米粒子包含铂；以及
保护层，所述保护层仅选择性地涂覆在所述纳米粒子的表面的一部分上，所述保护层被配置为与所述纳米粒子相互作用，以抑制所述铂的氧化。
2.根据权利要求1所述的催化剂，其中，选择性地涂覆有所述保护层的所述纳米粒子的所述表面的所述一部分包括低配位点。
3.根据权利要求2所述的催化剂，其中，
所述纳米粒子具有面心立方即FCC结构，并且
所述低配位点是(110)晶面。
4.根据权利要求2所述的催化剂，其中，仅所述纳米粒子的所述低配位点涂覆有所述保护层。
5.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述保护层包含能够被吸附到所述纳米粒子的所述表面的所述一部分上的硫(S)原子。
6.根据权利要求1所述的催化剂，其中，通过具有硫醇基(-SH)的前体的交联而形成所述保护层，从而所述保护层具有交联结构。
7.根据权利要求6所述的催化剂，其中，具有硫醇基的所述前体是(i)具有硫醇基的碳前体、(ii)具有硫醇基的氧化硅前体、(iii)具有硫醇基的金属前体、(iv)具有硫醇基的金属氧化物前体或(v)前述各项中的两种以上的混合物。
8.根据权利要求6所述的催化剂，其中，具有硫醇基的所述前体是(3-巯基丙基)三乙氧基硅烷(MPTES)、(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTMS)或前述各项的混合物。
9.根据权利要求1所述的催化剂，其中，所述纳米粒子是铂纳米粒子或铂基合金纳米粒子。
10.根据权利要求9所述的催化剂，其中，所述铂基合金纳米粒子是Pt-Pd、Pt-Mn、Pt-Sn、Pt-Mo、Pt-Cr、Pt-W、Pt-Ru、Pt-Ni、Pt-Ru-W、Pt-Ru-Ir、Pt-Ru-Ni、Pt-Ru-Mo、Pt-Ru-Rh-Ni、Pt-Ru-Sn-W、Pt-Ru-Ir-Ni、Pt-Ru-Ir-Y、Pt-Co、Pt-Co-Mn、Pt-Co-Ni、Pt-Co-Fe、Pt-Co-Ir、Pt-Co-S、Pt-Co-P、Pt-Fe、Pt-Fe-Ir、Pt-Fe-S、Pt-Fe-P、Pt-Au-Co、Pt-Au-Fe、Pt-Au-Ni、Pt-Ni、Pt-Ni-Ir、Pt-Cr或Pt-Cr-Ir。
11.根据权利要求1所述的催化剂，还包括载体，所述纳米粒子由所述载体承载。
12.一种用于燃料电池的催化剂的制造方法，所述方法包括：
制备含铂的纳米粒子；以及
使用能够与所述纳米粒子相互作用的保护层选择性地仅涂覆所述纳米粒子的表面的一部分以抑制所述铂的氧化。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述纳米粒子由载体承载。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述涂覆包括：
制备包含具有硫醇基的前体的保护层形成液；
将所述纳米粒子分散在所述保护层形成液中，使得所述前体被选择性地仅吸附到每个所述纳米粒子的表面的一部分；
使选择性地吸附有所述前体的所述纳米粒子从所述保护层形成液中分离；
干燥分离出的所述纳米粒子；以及
对干燥的所述纳米粒子进行热处理以使所述前体交联。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述保护层形成液包括：
溶剂，所述溶剂选自由乙醇、蒸馏水、异丙醇、正丙醇、丁醇及前述各项中的两种以上的混合物组成的组；以及
所述前体，所述前体溶解在所述溶剂中。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述保护层形成液中的所述前体的摩尔浓度为0.25mM至2mM。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，所述保护层形成液中包含的所述前体与分散在所述保护层形成液中的所述纳米粒子的重量比为2.5％至20％。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述纳米粒子的所述分离通过离心进行。
19.一种膜-电极组件，包括：
阳极；
阴极；以及
聚合物电解质膜，所述聚合物电解质膜在所述阳极与所述阴极之间，
其中，所述阳极和所述阴极中的至少一个包含根据权利要求1所述的催化剂。
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN1938885A (zh) * | 2004-03-30 | 2007-03-28 | 小山升 | 氧化还原活性可逆电极和使用该电极的二次电池 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2003157857A (ja) * | 2001-11-20 | 2003-05-30 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 燃料電池用電極触媒体、それを用いた燃料電池用空気極、およびその触媒活性評価方法 |
| KR100536257B1 (ko) * | 2004-06-29 | 2005-12-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지용 막/전극 접합체 및 그를 포함하는 연료 전지 |
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| JP2008140703A (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Nissan Motor Co Ltd | 電池用組成物およびそれを含む膜 |
| WO2012095863A2 (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-19 | Tata Chemicals Limited | A process to prepare novel platinum nanoparticls and nanoparticles thereof |
| JP2017168385A (ja) * | 2016-03-18 | 2017-09-21 | 学校法人同志社 | 白金触媒、その製造方法及び当該白金触媒を用いた燃料電池 |
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