EA023497B1 - Пластинчатый каталитический продукт и способ его производства - Google Patents
Пластинчатый каталитический продукт и способ его производства Download PDFInfo
- Publication number
- EA023497B1 EA023497B1 EA201490490A EA201490490A EA023497B1 EA 023497 B1 EA023497 B1 EA 023497B1 EA 201490490 A EA201490490 A EA 201490490A EA 201490490 A EA201490490 A EA 201490490A EA 023497 B1 EA023497 B1 EA 023497B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- nanoparticles
- catalytic
- product
- metal
- substrate material
- Prior art date
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 91
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 84
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 58
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 57
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 35
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 claims description 30
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 27
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 22
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000013110 organic ligand Substances 0.000 claims description 15
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 11
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 10
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 9
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 8
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 7
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims description 7
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M (z)-4-oxopent-2-en-2-olate Chemical compound C\C([O-])=C\C(C)=O POILWHVDKZOXJZ-ARJAWSKDSA-M 0.000 claims description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 5
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 3
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 3
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 3
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052713 technetium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GKLVYJBZJHMRIY-UHFFFAOYSA-N technetium atom Chemical compound [Tc] GKLVYJBZJHMRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000001540 azides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 claims description 2
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 2
- 125000000449 nitro group Chemical group [O-][N+](*)=O 0.000 claims description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 description 57
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 44
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 42
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 39
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 17
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 7
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 4
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 4
- 239000011943 nanocatalyst Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 3
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 2
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 2
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910000978 Pb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012696 Pd precursors Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000003642 reactive oxygen metabolite Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/48—Silver or gold
- B01J23/50—Silver
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
- B01J31/02—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
- B01J31/12—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides containing organo-metallic compounds or metal hydrides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
- B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
- B01J37/0219—Coating the coating containing organic compounds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
- B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8842—Coating using a catalyst salt precursor in solution followed by evaporation and reduction of the precursor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8878—Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9041—Metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/391—Physical properties of the active metal ingredient
- B01J35/393—Metal or metal oxide crystallite size
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/9083—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Настоящее изобретение представляет каталитический продукт, имеющий определенную трехмерную пластинчатую форму, каталитические наночастицы, из которых он состоит, и способ производства такового. Данное изделие может быть использовано при применении топливных элементов или батарей. В определенных вариантах осуществления данные катализаторы демонстрируют хорошую каталитическую активность и стойкость даже при низкой нагрузке.
Description
Это изобретение относится, в общем, к катализаторам с разнообразной композицией и структурой и, в частности, к пластинчатому каталитическому продукту с высокой каталитической активностью при низкой нагрузке и способу производства такового.
Уровень техники
Системы топливного элемента с протонообменной мембраной с полимерным электролитом (ПОМТЭ) обеспечивают электрохимическую реакцию водородного топлива с окислителем для выработки электричества, имея в виде побочных продуктов производства только лишь тепло и воду, тогда как чистый водород используется как топливо.
Известно использование частиц металла или оксида металла в качестве катализаторов при использовании топливного элемента. В ПОМТЭ широко используются катализаторы на основе платины, включая платину, подкрепленную углеродом, и сплавы платины, подкрепленной углеродом, с палладием и другими металлами. Платиновые катализаторы обеспечивают отличную электрохимическую активность водорода и хорошую стойкость сильнокислой среде, такой как частицы смолы политетрафторэтилена (ПТФЭ), из которых обычно изготовляют мембрану.
Высокая стоимость и нестабильность цен на платину делают необходимым минимизацию ее использования в топливных элементах. Были предприняты попытки нанесения более тонких слоев платины на углеродную подложку на электродах. С помощью этого способа удалось сократить использование платиновых частиц с приблизительно 8 мг/см в 2005 г. до приблизительно 0.3 мг/см2 в 2010 г. В лабораторных условиях были достигнуты выделения платины в таких малых количествах как 0.15 мг/см2 на стороне анода. Вместе с тем, выделение платины на стороне катода все еще велико, что увеличивает стоимость систем ПОМТЭ.
Желательно, чтобы катализатор, используемый в системе топливного элемента, демонстрировал хорошую каталитическую активность и стойкость. Важные электрохимические свойства катализатора включают удельную площадь поверхности (активную площадь поверхности), структуру, состав и каталитическую активность. Уменьшение размера частиц платины менее чем на приблизительно 4 нанометра показало снижение общей электрохимической активности даже при том, что меньший размер может увеличить общую площадь поверхности. Платиновые наночастицы около 4 нм или выше, таким образом, сочтены желательными для использования в системах ПОМТЭ.
Как правило, платиновые наночастицы, используемые в системах ПОМТЭ, имеют сферическую или искаженную сферическую форму. Участок частицы не доступен для катализа, поскольку он прикреплен к подложке. Кроме того, некоторые открытые поверхности наночастиц не будут использованы должным образом, поскольку большие молекулы, такие как кислород, имеют более низкую вероятность доступа к активным участкам на поверхности сферических наночастиц по сравнению с более мелкими молекулами, такими как водород.
К тому же для сферических частиц, так как большинство каталитических реакций являются поверхностными реакциями, внутренняя часть сферических частиц, которая включает основную часть массы, не используется вообще. Таким образом, частицы сферической формы не идеальны для каталитической реакции.
Каталитическая реакция на поверхностях большой площади зависит от катализатора, каталитической активности катализатора и условий реакции. Активные участки катализаторов особенно важны и непосредственно связаны с каталитической активностью. Существует достаточно документированных свидетельств, что большее количество межзеренных границ, дефекты кристалла, включая образование двойников, смещение расположения, несоответствия и переходы между различными элементами или различными химическими состояниями одинаковых элементов способствуют каталитической активности реакции.
Манипуляция другими параметрами в системах топливных элементов, такими как атмосферное давление, может усовершенствовать каталитическое действие, но, в общем, не сможет окончательно преодолеть собственные недостатки сферических наночастиц, так как внутренняя часть (участок не на поверхности) наночастиц останется не использованной, не смотря на изменение атмосферного давления. Вдобавок, может быть трудным усовершенствование активной поверхности сферических наночастиц определенного размера, особенно если он оптимизирован для условий переработки, таких как подготовка платиновых наночастиц пропиткой или уменьшением температур.
Известны различные способы производства пленок наночастиц. Например, υδ 6458431 описывает способ нанесения наночастиц в виде аморфной тонкой пленки через твердотельную пленку предшественников из раствора, который наносится на подложку и преобразуется в пленку из металла или оксида металла. Этот способ может обеспечить производство аморфных и некоторых металлических тонких пленок из твердотельных пленок металлорганических комплексов в воздухе или в условиях других газов. Форма наночастиц в основном неправильная, некоторые из них имеют сферическую форму.
И8 2004/191423 описывает антифоторезистивный способ нанесения пленок, состоящих из металла и оксида металла из металлорганических комплексов. Этот способ может быть использован для печати шаблонов микронных или субмикронных размеров путем облучения металлорганических комплексов в
- 1 023497 твердотельной пленке. Полученные наночастицы в аморфной форме или некоторые в металлической форме полны пор. Наночастицы формируют тонкую пленку с толщиной в диапазоне от 20 до нескольких сотен нанометров.
И8 2008/085326 раскрывает новые антимикробные материалы, содержащие поликристаллические наночастицы металла, оксида металла и активных форм кислорода в проницаемой структуре, которая также не имеет никакого отношения к катализаторам на наноразмерных подложках.
Соответственно, объектом поиска варианта осуществления настоящего изобретения является предоставление катализатора из наночастиц, обеспечивающего улучшенную каталитическую активность при низкой нагрузке.
Дополнительным объектом поиска варианта осуществления этого изобретения является предоставление способа производства такого катализатора из наночастиц.
Другие объекты изобретения будут очевидны из дальнейшего описания.
Краткое описание
Настоящее изобретение описывает пластинчатые каталитические продукты разнообразного состава со структурой, которая обеспечивает отличную каталитическую активность по сравнению с традиционными каталитическими частицами сферической формы. Структура пластинчатых каталитических продуктов состоит из меньших частиц однородного состава или разъединенных сложносоставных форм в твердом состоянии или с порами. Меньшие частицы, формирующие пластинчатые каталитические продукты, обеспечивают множество промежутков, краев и/или участков, которые выступают активными полями для значительно улучшенной каталитической активности. Данный каталитический продукт может быть сформирован из поликристаллической платины или каталитических частиц сплавов платины. В определенных вариантах осуществления каталитические частицы являются наночастицами. Настоящее изобретение описывает способ производства таких наночастиц.
Термин наночастица, использованный в данной работе, относится к частицам с максимальным диаметром 1000 нм.
Термин пластинчатые каталитические продукты, использованный в данной работе, относится к каталитическим продуктам, содержащим верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и толщину; верхняя поверхность содержит активные участки и является относительно плоской, а толщина является меньшей, чем максимальный диаметр верхней поверхности. Например, толщина может быть, по меньшей мере, приблизительно на 25% меньше, приблизительно на 30% меньше, приблизительно на 40% меньше, приблизительно на 50% меньше, чем максимальный диаметр верхней плоскости. Каталитические пластины могут быть в любой подходящей форме, такой как, например, круглая, эллиптическая, квадратная, прямоугольная, клиновидная и тому подобное.
Согласно одному из аспектов изобретения представлен способ производства пластинчатых каталитических продуктов, который включает в себя выбор предшественников из одного или нескольких металлорганических комплексов, при этом каждый комплекс включает в себя ион металла и органический лиганд, где ионы по меньшей мере одного металла в результате получения каталитических продуктов являются катализатором для применения по назначению; смешивание материала подложки и предшественников указанного металлорганического комплекса в растворе для формирования смеси; предоставление возможности молекулам предшественника металлорганического комплекса абсорбироваться на поверхности материала подложки; и облучение смеси, пока каждый лиганд не выйдет из состава комплекса с ионами металла, а молекулы металлорганических комплексов не превратятся в одну или несколько металлических наночастиц, по меньшей мере одна из которых формирует каталитический продукт из наночастиц, прикрепленный к материалу подложки.
Согласно другому аспекту изобретения представлен каталитический продукт, произведенный указанным способом.
Согласно другому аспекту изобретения способ может быть изменен для получения подложки, нагруженной пластинчатым металлосодержащим каталитическим продуктом, путем смешивания формирующего подложку металлорганического комплекса и формирующего катализатор металлорганического комплекса(ов). Для разложения металлических комплексов используется облучение, и сформированные частицы катализатора выгружают на полученную подложку, например, нагруженные серебром наночастицы титана. Каталитические частицы могут быть выгружены на поверхность подложки или включены в подложку равномерно.
Еще один аспект изобретения представляет каталитический продукт, который включает в себя наночастицы катализатора в форме пластин и с кристаллической и/или аморфной структурой.
Каталитические продукты по данному изобретению отличаются высокой чистотой и в общем не содержат органических или неорганических загрязнений. Большинство традиционных способов, использующих пропитку для изготовления катализаторов на подложках, совершаются в водном растворе с различными солями металлов, кислотами и щелочью, поверхностно-активными веществами и другими неорганическими составляющими. Получение высокой чистоты катализатора на подложке с помощью традиционных способов очень проблематично и обычно требует многих этапов вымывания и последующей очистки. Настоящий способ согласно одному из аспектов изобретения использует кристаллическую
- 2 023497 форму металлорганических комплексов высокой чистоты для растворения в летучих органических растворителях. Специфически отобранные органические лиганды дегенерируют с другими летучими фрагментами, которые могут быть легко удалены с помощью центрифуги, разделения, промывки органическим растворителем(ями) и испарением под вакуумом с/без нагревания низкой температурой. Это приводит к получению катализатора, содержащего только металл на выбранной или подготовленной подложке. Очевидно, что высокая чистота инновационных катализаторов дает лучшую каталитическую активность, чем у катализаторов, имеющих некоторые остатки загрязнений.
Это описание не обязательно описывает все особенности изобретения. Другие аспекты, особенности и преимущества изобретения будут очевидными специалистам в данной области после рассмотрения последующего описания вариантов осуществления изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1(а) - это схематический вид в плане поликристаллических пластинчатых каталитических продуктов, имеющих множественные композиции X, Υ и Ζ, согласно одному из вариантов осуществления, и фиг. 1 (Ь) -это схематический вид с боку каталитических продуктов.
Фиг. 2 - это схематическая иллюстрация пористого каталитического продукта, состоящего их первого каталитического материала, окруженного вторым каталитическим материалом, согласно другому варианту осуществления.
Фиг. 3 - это схематический вид в плане пластинчатого каталитического продукта, состоящего из структуры подложки с множественными различными каталитическими материалами, прикрепленными к нему, согласно другому варианту осуществления.
Фиг. 4 - это изображение трансмиссионного электронного микроскопа с высоким разрешением (НК.ТЕМ) с платиновыми пластинчатыми каталитическими продуктами на углеродной подложке ХС72К
Фиг. 5 - это график ΧΚΌ модели частиц каталитического продукта, который содержит серебро на углеродной подложке ХС-72К.
Фиг. 6 - это трансмиссионное изображение высокого разрешения с нанопластинами настоящего изобретения на углеродной подложке. Правая панель иллюстрирует, как два просвета в форме дисков взаимодействуют друг с другом для формирования интерсекции или интерсекций. Платина - тяжелый металл, даже распределение серой зоны является четким показателем однородной толщины наночастиц.
Фиг. 7 - это еще одно трансмиссионное изображение высокого разрешения материала подложки с пластинчатым нанокатализатором настоящего изобретения, демонстрирующее однородное распределение наночастиц.
Фиг. 8 - это еще одно трансмиссионное изображение высокого разрешения, демонстрирующее распределение наночастиц на углеродной подложке.
Фиг. 9 - циклическая вольтметрическая диаграмма, включающая в состав результаты, полученные при использовании варианта осуществления настоящего изобретения против коммерческого катализатора, протестированного в идентичных условиях. Катализатор настоящего изобретения показал отличную электрокаталитическую активность, схожую с коммерческим продуктом, но имея приблизительно на 60% сокращенную нагрузку платины.
Фиг. 10 иллюстрирует пару трансмиссионных изображений высокого разрешения катализатора настоящего изобретения до (слева) и после (справа) выполнения протокола теста ускоренной дегенерации после сканирования при частоте 50 мВ/с, продолжавшегося в течение 12 ч. Очевидно, что после такого стрессового теста указанный катализатор остался на поверхности подложки в отличном состоянии. Однородное распределение и размер наночастиц показывает ничтожную агрегацию или перераспределение, которые являются важными факторами, влияющими на стойкость работы элемента и его долговечность.
Подробное описание
Варианты производства, описанные здесь, относятся к каталитическому продукту, имеющему различные составы и структуры, будучи поликристаллическим или аморфным или обеими с подобной пластинам формой, и относятся к способам производства такого каталитического продукта. Определенные варианты воплощения относятся к каталитическому продукту, имеющему каталитические наночастицы, которые в частности используются в применении топливных элементов и батарей.
Не желая ограничиваться теорией, считают, что по сравнению со сферообразным каталитическим продуктом, состоящим из каталитических наночастиц, каталитический продукт, имеющий форму и морфологию пластины, обладает значительным преимуществом с точки зрения площади поверхности и доступности активных участков для катализа. Например, если предположить, что одна треть сферического каталитического продукта находится в контакте с подложкой катализатора, то полезная площадь поверхности сферического продукта составляет половину или менее округлого пластинчатого продукта, имеющего эквивалентную массу. Варианты данного пластинчатого каталитического продукта имеют средний размер приблизительно от нескольких нанометров до примерно 15 нанометров, которые, в зависимости от толщины, соответствуют доступным участкам поверхности из расчета от 123 до 1100% больше, чем у сферического каталитического продукта с той же массой, где средний размер означает усредненный
- 3 023497 размер поперек основной поверхности частиц катализатора - для округлых пластинчатых частиц средний размер представляет собой диаметр. Очевидно, что структура данного каталитического продукта обеспечивает большую доступность молекул к активным участкам. Это может привести к значительно повышенной электрохимической активности при более низком уровне загрузки катализаторов на основе платины.
При ссылке теперь на фиг. 1(а) и (Ь) и согласно первому варианту осуществления каталитический продукт 10, который содержит каталитические наночастицы (каталитический продукт в виде наночастиц) может быть произведен, имея поликристаллическую и/или аморфную структуру, пластинчатую форму и имея в составе один или несколько металлов и их сплавов. Полученные нанокристаллы схематически представлены на фиг. 1(а) в виде формирования скопления продукта, отмеченного как X, Υ, и Ζ, хотя в реальности физическая микроструктура может довольно отличаться по виду. Эти скопления могут быть тем же самым материалом для формирования единой кристаллической наночастицы, или тем же металлом, сориентированным в различных направлениях для формирования поликристаллической наночастицы; или тем же металлом в разных степенях окисления для формирования нанозерна; или различными металлами и/или оксидами металла для формирования поликристаллических наночастиц. Большинство отдельных пластинчатых частиц состоят из многих меньших частиц, которые формируют границы, края и/или участки, которые не показаны на фиг. 1. Состав продукта 10 также может быть однородным или состоять из множества металлов.
Каталитический продукт 10 может содержать поликристаллические каталитические наночастицы, такие как платина или сплавы платины или состав(ы) других металлов, и крепиться к структуре каталитической подложки. Способ производства таких каталитических частиц описан, в общем, следующим образом:
(a) получение отобранных предшественников путем либо их изготовления либо покупки коммерчески доступных продуктов; при этом подготовленные предшественники являются одним или несколькими металлорганическими комплексами, которые состоят из металлического центра и по меньшей мере одного типа органического лиганда, где по меньшей мере один из металлов продукта является каталитическим для предусмотренной процедуры и где металлорганические комплексы имеют одинаковый или подобный органический лиганд(ы); альтернативно, комбинация разных лигандов с одним и тем же металлическим центром также может быть использована для этих целей.
(b) растворение отобранных предшественников металлических комплексов в органическом растворе для формирования прозрачного раствора предшественника;
(c) размешивание нерастворимого материала подложки в выбранном органическом растворе до тех пор, пока материал подложки не станет однородным в растворе для формирования раствора поддерживающего материала; например, путем обработки ультразвуком или тому подобное. Желательно, чтобы выбранный органический раствор был идентичным или схожим с тем, который использовался в пункте а;
(ά) размешивание раствора предшественника и раствора поддерживающего материала для формирования смешанного раствора и перемешивание на протяжении периода времени, который позволит молекулам металлорганического комплекса абсорбироваться на поверхности материала подложки;
(е) облучение смешанного раствора, желательно в запечатанном контейнере, на желаемый период времени с периодическим взбалтыванием смешанного раствора. Повторение этой процедуры облучения (и взбалтывания) молекул металлорганического комплекса(ов) до отделения лигандов от ионов металла, таким образом преобразовывая молекулы металлорганического комплекса в наночастицы металла или оксида металла, по меньшей мере, некоторые из которых являются электрохимически активным каталитическим продуктом из наночастиц; и фрагменты органических лигандов растворены в растворе; и (ί) отделение приготовленных каталитических продуктов от смешанного раствора, в связи с этим удаление фрагментов органических лигандов и раствора с помощью центрифуги, разделения, промывки и/или испарения. Желательно, чтобы это включало промывку твердых материалов чистым раствором или смесью чистых растворов по меньшей мере пять раз.
Способ предпочтительно дополнительно включает удаление последствий нагревания под вакуумом за выбранный промежуток времени для удаления свободных органических остатков из каталитического продукта 10 в виде наночастиц. Альтернативно, удаление последствий нагревания может быть проведено в атмосферных условиях, отличных от вакуума, включая азот или редуцирующий газ, подобный водороду, для предотвращения дальнейшего окисления, или их комбинации.
Пригодные ионы металлов для предшественника металлорганического комплекса включают, но не ограничиваются титан, хром, марганец, железо, медь, никель, кобальт, иттрий, цирконий, ниобий, молибден, технеций, рутений, родий, палладий, серебро, индий, олово, барий, гафний, тантал, вольфрам, рений, осмий, иридий, платина, золото, таллий, свинец, висмут, лантан, самарий, включая комбинации или сплавы упомянутых. Любой подходящий оксид металла может быть использован здесь, включая, но не ограничиваясь, оксидами перечисленных металлов на различных стадиях окисления. Выбор сплавов металла включает, но не ограничивается, двойными, тройными или четверными соединениями. В зависимости от выбора металла(ов), структура родственного оксида(ов) может быть кристаллической или аморфной.
- 4 023497
По меньшей мере один из выбранных металлов должен быть каталитическим материалом для целевого применения, например платина может быть выбрана каталитическим материалом для применения в ПОМТЭ.
Предпочтительно, чтобы выбранный органический лиганд был летучим, легко растворимым в органическом растворе, не создавал полимеров при облучении, имел низкую температуру кипения для легкого испарения, и фрагменты которого не реагируют или слабо абсорбируются подложкой или металлом. Подходящие органические лиганды включают, но не ограничиваются карбоксилат, ацетилацетонат, фторированный ацетилацетонат, алкил, азид, карбонил, нитрат, амин, галогенид, нитро и их комбинации.
Предпочтительно, чтобы для изготовления данных катализаторов использовались фоточувствительные металлические комплексы. В определенных вариантах осуществления использование летучих и/или фоточувствительных и/или термально чувствительных органических лигандов для хелатирования ионов металла обеспечит производство каталитических частиц высокой чистоты. Эти лиганды подпадают под фрагментацию в условиях облучения.
Любой подходящий материал подложки может быть использован здесь из тех, которые известны специалистам в данной области, как коммерчески доступный, так и изготовленный самостоятельно. Примеры включают сажу, графит, диоксид титана, углеродные нанотрубки, нанопроволоки, нановолокна или другие подходящие инертные материалы, которые не разлагаются или не реагируют с металлорганическими комплексами для формирования других продуктов, прежде чем произойдет формирование предусмотренных каталитических наночастиц под облучением. Может быть использована комбинация материалов. Форма подложки может быть, к примеру, сферическая, нерегулярная сферическая, тонкие пластины, твердой или пористой структуры. Желательно, чтобы субстраты не реагировали с предшественниками, которые производят данные катализаторы, выпадая в осадок. В добавление, подложка с ограниченным количеством пор размером в субнанометр на поверхности может быть подходящей для изготовления желаемых катализаторов.
Подходящие растворы являются органическими полярными растворами, которые включают, но не ограничиваются метанолом, этанолом, 2-пропанолом, гексан, хлороформ, дихлорметан или их комбинациями. В этом варианте по меньшей мере один из растворов содержит спирт.
Облучение достигается использованием средств облучения, подходящих для разложения металлорганических комплексов предшественников; например, ультрафиолетом, лазером, высокоэнергетическими потоками, микроволнами и т.п.
Настоящий описанный способ позволяет производить катализаторы высокой чистоты, которые включают металлы и/или сплавы металлов, такие как платина и сплавы платины. Фиг. 4 и пример 1 ниже иллюстрируют действительный платиновый каталитический продукт 10 в виде наночастиц, прикрепленный к углеродной поддерживающей структуре 12, который был произведен данным описанным способом. Как можно увидеть на фиг. 4, каталитический продукт 10 в виде наночастиц имеет поликристаллическую структуру с несколько неправильной округлой пластинообразной формой. Поликристаллическая природа каталитического продукта 10 в виде наночастиц подтверждена множественными поверхностями, показанными на ΧΚΌ модели графика, что продемонстрировано на фиг. 5.
Благодаря высокой чистоте металлических комплексов и полной фрагментации органического лиганда из металлического центра, изготовленный металл или оксид металла может быть существенно очищенным от загрязнений. В частности, изготовленные металл или оксид металла очищены от остаточных ионов, таких как натрий, калий, сульфат, нитрат или других нелетучих органических лигандов, которые используются в водном растворе большинства способов пропитки для приготовления нанокатализаторов, которые могут повлиять на работу катализатора и долгосрочную стойкость.
Каталитический продукт 10 в виде наночастиц в данном варианте может иметь диаметр от приблизительно 1 до приблизительно 1000 нм, от приблизительно 1 до приблизительно 500 нм и от приблизительно 1 до приблизительно 100 нм. Каталитический продукт 10 в виде наночастиц может быть пористым и обладать кристаллографическими дефектами, включая дефекты кристаллической структуры, смещение, образование двойников, промежутки, и/или несоответствия решетки. Считается, что большинство этих кристаллических дефектов увеличивают количество активных участков. Более того, дефекты, расположенные на поверхностях каталитического продукта 10 в виде наночастиц, могут обеспечить улучшенную доступность, равно как и активность реакции на поверхности каталитических частиц. Пористые пластинчатые наночастицы представляют явное преимущество, увеличивая площадь поверхности, так же как и активные участки, которые согласно общепринятому мнению увеличивают каталитическую активность.
По сравнению с традиционными сферическими наночастицами данный пластинчатый продукт 10 в виде наночастиц, как ожидается, будет способным привлекать или отталкивать молекулы легче от их поверхности. Сферические наночастицы абсорбированные на поверхности подложки труднодоступны для молекул газа под определенными углами, уменьшая количество доступных активных участков.
В данном варианте каталитический продукт 10 в виде наночастиц прикреплен к подложке 12 с помощью внешнего/поверхностного способа реакции для разложения металлических органических составных и отложения каталитических частиц прямо на поверхность подложки. Потенциальные химические
- 5 023497 связи, сформированные между наночастицами и субстратом, обездвиживают частицы на подложке. Не желая ограничиваться теорией, полагают, что этот способ избегает агрегации частиц, которая возникает во время традиционного процесса пропитки отложений. Существует мнение, что большинство каталитических реакций возникают на поверхности катализатора, таким образом, расхождение этих связей между наночастицами и материалом подложки вследствие каталитической реакции маловероятно. Более того, благодаря широкой площади контактной поверхности каталитического продукта 10 в виде наночастиц на материале подложки 12, считается, что связь между наночастицами продукта 10 и материалом подложки 12 намного сильнее, чем связь между абсорбированными сферическими наночастицами, которые имеют намного меньшую площадь контактной поверхности подложки.
Данные пластины наночастиц, которые формируются, общим образом имеют округлую форму, хотя и другие формы могут быть сформированы. В определенных вариантах осуществления данный каталитический продукт 10 в виде наночастиц имел относительно однообразную округлую форму в диапазоне от приблизительно 2 до 50 нм в диаметре. Доминирующий размер распределения может быть в диапазоне между приблизительно 3 и приблизительно 25 нм. Толщина предпочтительно приблизительно 10 нм и менее, приблизительно 4 нм и менее, приблизительно 2 нм и менее.
Каталитический продукт 10 в виде наночастиц в данном варианте может быть сплавом (единый поликристаллический состав) или нанокомпозитной формой (множественные поликристаллические составы), такой как Ρΐ-палладиевый катализатор, катализатор Ρΐ-ΡΐΟ2 или Ρΐ-Ки катализатор или катализатор Ρΐ-Ρά-ΤίΟ2 в нанокомпозитной форме. Данные катализаторы могут отличаться от тех, которые широко используются коммерчески, по их структуре и/или форме. Данные катализаторы, как правило, не формируют структуру с ядром и оболочкой, равно как и сферическую форму. Данные поликристаллические наночастицы могут быть отложены совместно и формировать гладкие границы и поверхности. Отложение может быть таким, что большинство частиц предоставляют свои активные участки таким образом, что каталитическая активность усиливается.
Если предпочтительно приготавливать нанокомпозитные катализаторы с разными металлами, преимущественно используют одинаковые или схожие органические лиганды, хелатированные с разными металлическими центрами. Разные металлорганические комплексы должны быть отобраны для предотвращения их реакции и выпадения в осадок после смешивания в органическом растворе(ах).
Согласно второму варианту осуществления и при ссылке на фиг. 2 здесь описан пластинчатый каталитический продукт 14 в виде наночастиц, который состоит из двух разных типов наночастиц, которые вместе формируют пористую микроструктуру, здесь обозначенных как первая наночастица 16 и вторая наночастица 18. Первая наночастица 16 помечена В на фиг. 2 с предварительным отложением на материал подложки (не показан) и сформирована в пластинчатой форме; вторая наночастица 18 помечена А с последующим отложением вокруг первой наночастицы 16, помещенной предварительно, для формирования формы, подобной зубчатому колесу вокруг первой наночастицы 16.
Для формирования этой структуры из двух наночастиц с формой зубчатого колеса, были выбраны два металлических предшественника, имеющих совершенно разную фоточувствительность, и способ был изменен так, чтобы включать в себя два этапа облучения на разной длине волн (и, возможно, в разное время). Это позволит первой наночастице 16 сформироваться на материале подложки сначала, пока разложение лиганда второго предшественника металлорганического комплекса еще на минимальной или ничтожной стадии разложения. Как только первая наночастица 16 сформировалась на материале подложки (например, после того, как первый этап облучения и перемешивания способствовал разложению лиганда этого первого предшественника металлорганического комплекса), второй этап облучения может быть использован для формирования второй наночастицы 18 вокруг уже сформированной наночастицы 16.
Контролируя молярное отношение лигандов металлорганических комплексов для контроля количества формирования последующих металлических наночастиц, можно создать дополнительную структуру в форме шестеренки, как показано на фиг. 2. Также считается, что определенные отобранные количества второго металлорганического комплекса(ов) повлияют на то, что вторая в последующем отложенная наночастица 18 может быть помещена на поверхность первой наночастицы 16 частично или полностью.
При ссылке на фиг. 3 способ второго варианта может быть изменен с помощью контроля условий протекания процесса и выбора металлических комплексов и их относительного состава в растворе для изготовления пластинчатого каталитического продукта 20 в виде наночастиц, имеющих структуру одного или нескольких разных типов металлических наночастиц (обозначены как а, Ь, и с на фиг. 3), которые включены в подложку, состоящую из другого типа металлических наночастиц (обозначен как ά на фиг. 3). Различные металлы могут быть сформированы с помощью процесса совместного отложения.
Металл второго предшественника металлорганического комплекса предпочитает абсорбироваться на предварительно отложенные первые металлические наночастицы 16 из-за разницы в силе притяжения между металлом и органическим лигандом по сравнению с той, которая существует между углеродным материалом подложки (не показана) и таким же органическим лигандом.
Структура наночастиц этого варианта как ожидается, будет особенно преимущественной, так как множество краев, сторон и границ создают дополнительные активные участки, увеличивая площадь ак- 6 023497 тивной поверхности, особенно второй металлической наночастицы 18. Другими словами, этот тип структуры к его преимуществу раскроет реагентам большинство активных участков, в то время как другие функциональные металлы или оксиды металла находятся на наименьшем расстоянии с минимальной нагрузкой, как Рб для усиления электрохимической активности Р1 для сокращения кислорода. В работе ПОМТЭ, эта пористая структура предоставляет молекулам реагента доступ к активным участкам в пористой структуре.
Примеры
Настоящее изобретение будет далее проиллюстрировано следующими примерами. Однако надо понимать, что эти примеры здесь только для иллюстрационных целей и не должны быть использованы для ограничения обзора настоящего изобретения любым способом.
Пример 1. Изготовление нанопластин Р1 на углеродной подложке
Предшественник комплекса платины(11) трифторацетилацетоната был растворен в дихлорметане. Материал углеродной подложки СаЬо! ХС-72К в пятиразовом эквиваленте массы платины был гомогенизирован в растворе этанола перед добавлением раствора комплекса платины. Раствор перемешивался при комнатной температуре, покрытый фольгой алюминия, на протяжении часа. Этот раствор был помещен в контейнер с плоским основанием для формирования тонкого слоя. Кварцевая пластина была помещена на поверхность контейнера и ультрафиолетовая лампа с фильтром облучала раствор на протяжении периода времени, в зависимости от концентрации и фоточувствительности металлического комплекса. Периодическое взбалтывание раствора было применено во время процесса. Когда реакция была завершена, твердые элементы были подданы центрифуге, промыты чистым раствором множество раз и высушены в вакуумной печи на протяжении одного часа при температуре 60°С для удаления остатков органических составляющих, включая остатки раствора, абсорбированные на поверхности углеродной подложки.
Изображения трансмиссионного электронного микроскопа высокого разрешения такие, как показаны на фиг. 4, показали, что изготовленные наночастицы платины имели округлую пластинчатую форму и были отложены на углеродную подложку однообразно (как показано на фиг. 6 и 7). Процентное соотношение частиц в диапазоне от 3-5 нм было более 90%.
Пример 2. Изготовление нанопластин Λ§-ΤίΟ2 на углеродной подложке
Каждый из комплекса Серебра(1) трифторацетилацетонат и предшественника комплекса Титана(1У) бис(изопропаноксил)бис(ацетилацетонат) были растворены в чистом этаноле. Материал углеродной подложки СаЬо! ХС-72К в пятиразовом эквиваленте массы предшественника комплекса серебра был гомогенизирован в растворе этанола перед добавлением двух предшественников металлических комплексов. Раствор, покрытый фольгой алюминия, перемешивали при комнатной температуре на протяжении периода времени для обеспечения наилучшей абсорбции металлических комплексов на подложку. Этот раствор был помещен в контейнер с плоским основанием для формирования тонкого слоя. Кварцевая пластина была помещена на поверхность контейнера и ультрафиолетовая лампа с фильтром облучала раствор на протяжении периода времени, в зависимости от концентрации металлических комплексов. Периодическое взбалтывание раствора было применено во время всего процесса. Твердые элементы были подданы центрифуге, промыты чистым раствором множество раз и высушены в вакуумной печи при температуре между 50-70°С для удаления всех остатков органических составляющих, включая остатки раствора, абсорбированные на поверхности углеродной подложки.
Изображения трансмиссионного электронного микроскопа высокого разрешения показали, что изготовленные наночастицы серебра имели округлую пластинчатую форму и были отложены на углеродную подложку. ΤίΟ2 может быть виден как аморфное отложение без видимых границ. Различные ориентации сторон решетки показали, что наночастицы серебра имели поликристаллическую структуру. Путем индексации сторон решетки были идентифицированы серебро и смесь оксида серебра(П).
Рентгеновская дифракция модели изготовленного катализатора показала, что серебро было поликристаллическим серебром. Вершины оксида серебра не наблюдались, вероятно, в силу ограничений способа детекции.
Пример 3. Изготовление биметаллического нанокатализатора с пластинчатой формой
Первый предшественник металлорганического комплекса палладия(П) трифторацетилацетоната был растворен в дихлорметане для формирования раствора. Материал подложки на основе сажи ХС-72К в пятиразовом эквиваленте массы палладия, гомогенизированного в спирте, был добавлен в раствор формирования смеси. Раствор перемешивался до однородного смешивания. Второй предшественник металлорганического комплекса Р!(11) трифторацетилацетоната в количестве половины эквивалента молярности предшественника палладия был добавлен в смесь. Этот раствор был помещен в кварцевый стеклянный ящик и накрыт кварцевой пластиной. Раствор в последствии был облучен на протяжении периода времени, пока все металлические комплексы разлагались. Периодическое взбалтывание раствора было применено во время всего процесса. Из-за количества металлических комплексов время облучения может длиться от нескольких часов до нескольких дней. Полученный раствор был поддан центрифуге, промыт чистым раствором множество раз и высушен под вакуумом. Полученный катализатор был далее просушен под линейным вакуумом при 200°С за два часа до электрохимических измерений.
Было проведено рентгеновское отображение рассеивания энергии на изготовленном биметалличе- 7 023497 ском нанокатализаторе. Оно показало, что изготовленный катализатор состоит из обособленных наночастиц Ρΐ, наночастиц Рб и наночастиц сплава Ρΐ-Рб с большинством в размере диапазоном 4-6 нм.
Циклическая вольтметрическая диаграмма, показанная на фиг. 9, демонстрирует, что изготовленный катализатор на стекловидном углеродном электроде (ЬоИ20126) имеет отличную электрохимическую активность для редукции кислорода в 0.1 М в растворе хлорной кислоты.
Данные ТОЛ показали, что процент содержания металла продукта был 11.5%, что подтвердило результаты, полученные рентгеновским измерением рассеивания энергии в пределах погрешности.
Предполагается, что любые варианты осуществления, рассмотренные в этом описании, могут быть выполнены или объединены с любым другим вариантом осуществления, способом, композицией или аспектом изобретения и наоборот.
Все цитаты включены в эту посредством ссылки, как если бы каждая отдельная публикация была специально и отдельно указана для включения сюда по ссылке и как если бы она была полностью изложена здесь. Цитаты или ссылки здесь не должны считаться или быть восприняты как признание того, что такая ссылка является уровнем техники данного изобретения.
Изобретение включает все варианты осуществления, модификации и вариации как описано выше и со ссылками на примеры и фигуры. Специалистам в данной области будет очевидно, что множество вариаций и модификаций могут быть воплощены не выходя за рамки изобретения, как определено в формуле изобретения. Примеры таких модификаций включают замену известных эквивалентов любого аспекта изобретения для получения таких же результатов таким же, по сути, образом.
Claims (13)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ производства каталитического продукта, включающий:(a) выбор предшественников одного или нескольких металлорганических комплексов, при этом каждый предшественник комплекса содержит ион металла и по меньшей мере один органический лиганд, где по меньшей мере один из ионов металла в полученном в результате каталитическом продукте является катализатором;(b) перемешивание материала подложки и указанных предшественников металлорганических комплексов в растворителе для формирования смеси;(c) абсорбирование молекул предшественника металлорганического комплекса на поверхности материала подложки;(б) облучение смеси с получением одной или нескольких металлических наночастиц, по меньшей мере одна из которых формирует каталитический продукт в виде наночастиц, прикрепленный к материалу подложки, где ион металла выбирают из группы, включающей титан, хром, марганец, железо, медь, никель, кобальт, иттрий, цирконий, ниобий, молибден, технеций, рутений, родий, палладий, серебро, индий, олово, барий, гафний, тантал, рений, осмий, иридий, платину, золото, таллий, свинец, висмут, лантан, самарий и их комбинации, или сплавы, или оксиды металлов, где лиганд выбирают из группы, включающей карбоксилат, ацетилацетонат, фторированный ацетилацетонат, алкил, азид, карбонил, нитрат, амин, галогенид, нитро и их комбинации.
- 2. Способ по п.1, который дополнительно включает отделение продукта в виде наночастиц от смеси, где указанного отделения достигают с помощью по меньшей мере одного из центрифугирования, промывания и испарения.
- 3. Способ по п.2, который дополнительно включает нагревание каталитических наночастиц в инертной атмосфере для удаления летучих органических остатков из каталитических наночастиц.
- 4. Способ по п.1, который дополнительно включает этап предварительного смешивания указанного материала подложки в выбранном органическом растворителе до однородности перед смешиванием с указанным предшественником металлорганического комплекса.
- 5. Способ по п.1, который дополнительно включает периодическое взбалтывание смеси во время этапа (б).
- 6. Способ по п.1, где материал подложки выбирают из группы, включающей сажу, графит, диоксид титана, углеродные нанотрубки, нанопроволоки, нановолокна и их комбинации.
- 7. Способ по п.1, где растворитель выбирают из группы, включающей метанол, этанол, 2-пропанол, гексан, гексаны, хлороформ, дихлорметан или их комбинации.
- 8. Способ по п.1, где этап (б) выполняют посредством облучения, при этом указанный способ облучения включает по крайней мере одно из следующего: ультрафиолетовое облучение, лазерное облучение, облучение потоками элементарных частиц и облучение микроволнами.
- 9. Каталитический продукт в виде наночастиц, который имеет поликристаллическую структуру и пластинчатую форму и имеет верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и ширину, при этом указанная ширина меньше максимального диаметра указанной верхней поверхности.
- 10. Каталитический продукт в виде наночастиц по п.9, где верхняя поверхность имеет максимальный диаметр от приблизительно 2 до приблизительно 25 нм.- 8 023497
- 11. Каталитический продукт в виде наночастиц по п.9, который содержит каталитические наночастицы, выбранные из группы, включающей одно или несколько из следующего: титан, хром, марганец, железо, медь, никель, кобальт, иттрий, цирконий, ниобий, молибден, технеций, рутений, родий, палладий, серебро, индий, олово, барий, гафний, тантал, рений, осмий, иридий, платина, золото, таллий, свинец, висмут, лантан, самарий, в том числе их комбинации или сплавы.
- 12. Каталитический продукт в виде наночастиц по п.9, где каталитические наночастицы прикреплены к материалу подложки.
- 13. Каталитический продукт в виде наночастиц по п.9, который дополнительно содержит кристаллографические дефекты, при этом указанные кристаллографические дефекты включают по меньшей мере одно из следующего: огрехи штабелирования, смещение расположения, образование двойников, промежутки и несоответствия решетки.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201161526991P | 2011-08-24 | 2011-08-24 | |
PCT/CA2012/050590 WO2013026171A1 (en) | 2011-08-24 | 2012-08-24 | Plate-shaped catalyst product and method for manufacturing same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA201490490A1 EA201490490A1 (ru) | 2014-09-30 |
EA023497B1 true EA023497B1 (ru) | 2016-06-30 |
Family
ID=47745828
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EA201490490A EA023497B1 (ru) | 2011-08-24 | 2012-08-24 | Пластинчатый каталитический продукт и способ его производства |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9761885B2 (ru) |
EP (1) | EP2747887B1 (ru) |
JP (1) | JP6317671B2 (ru) |
KR (1) | KR101900535B1 (ru) |
CN (1) | CN103747874B (ru) |
CA (1) | CA2846135C (ru) |
EA (1) | EA023497B1 (ru) |
ES (1) | ES2910458T3 (ru) |
WO (1) | WO2013026171A1 (ru) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105289595B (zh) * | 2015-11-26 | 2017-07-28 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有高催化特性的金‑氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法和应用 |
US10760005B2 (en) | 2017-07-19 | 2020-09-01 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Particle including atomic-scale channel, method of preparing the same, and catalyst including the same |
KR102093263B1 (ko) * | 2018-04-30 | 2020-03-25 | 울산대학교 산학협력단 | 평면 형상의 입자상 촉매 및 이의 제조방법 |
CN114260444B (zh) * | 2021-12-31 | 2022-09-27 | 中南大学 | 一种富缺陷金属铋及其制备方法和应用 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6458431B2 (en) * | 2000-07-28 | 2002-10-01 | Ekc Technology, Inc. | Methods for the lithographic deposition of materials containing nanoparticles |
US20040191423A1 (en) * | 2000-04-28 | 2004-09-30 | Ruan Hai Xiong | Methods for the deposition of silver and silver oxide films and patterned films |
Family Cites Families (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5534312A (en) * | 1994-11-14 | 1996-07-09 | Simon Fraser University | Method for directly depositing metal containing patterned films |
US6753108B1 (en) * | 1998-02-24 | 2004-06-22 | Superior Micropowders, Llc | Energy devices and methods for the fabrication of energy devices |
JP2000334265A (ja) * | 1999-05-27 | 2000-12-05 | Agency Of Ind Science & Technol | ガス気流中に含まれる芳香族炭化水素の分解除去方法 |
JP2001232190A (ja) * | 2000-02-22 | 2001-08-28 | Toshiba Corp | 光触媒膜およびその製造方法 |
US6723388B2 (en) * | 2000-07-28 | 2004-04-20 | Ekc Technology, Inc. | Method of depositing nanostructured films with embedded nanopores |
JP3793800B2 (ja) * | 2001-02-26 | 2006-07-05 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | ヨウ素化合物と半導体光触媒による水素及び酸素の製造方法 |
JPWO2003072499A1 (ja) * | 2002-02-28 | 2005-06-16 | 独立行政法人科学技術振興機構 | チタニアナノシート配向薄膜とその製造方法およびチタニアナノシート配向薄膜を備えた物品 |
KR101125084B1 (ko) * | 2003-06-17 | 2012-03-21 | 시바 홀딩 인크 | 극초단파 증착에 의한 금속 산화물 피복된 유기 재료의제조방법 |
US6958308B2 (en) * | 2004-03-16 | 2005-10-25 | Columbian Chemicals Company | Deposition of dispersed metal particles onto substrates using supercritical fluids |
US8541146B2 (en) * | 2005-01-12 | 2013-09-24 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Photocatalytic methods for preparation of electrocatalyst materials |
JP5013722B2 (ja) * | 2005-03-10 | 2012-08-29 | 独立行政法人科学技術振興機構 | ナノ金属微粒子/炭素ナノ繊維構造体の製造方法 |
JP2007246369A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Toshiba Corp | 水素製造装置、水素製造システム及び水素製造方法 |
US7687428B1 (en) * | 2006-03-29 | 2010-03-30 | The Research Foundation Of The State University Of New York | Method of synthesizing and processing carbon-supported, gold and gold-based multimetallic nanoparticles for use as catalysts |
WO2008025751A1 (en) * | 2006-08-30 | 2008-03-06 | Umicore Ag & Co. Kg | Core/shell-type catalyst particles comprising metal or ceramic core materials and methods for their preparation |
JP2008212872A (ja) * | 2007-03-06 | 2008-09-18 | Osaka Univ | 触媒およびその製造方法ならびに過酸化水素の製造方法 |
US8143185B2 (en) * | 2007-03-26 | 2012-03-27 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Photocatalytic deposition of metals and compositions comprising the same |
WO2008130688A1 (en) * | 2007-04-20 | 2008-10-30 | Regents Of The University Of Minnesota | Growth of coatings of nanoparticles by photoinduced chemical vapor deposition |
US20090181183A1 (en) * | 2008-01-14 | 2009-07-16 | Xerox Corporation | Stabilized Metal Nanoparticles and Methods for Depositing Conductive Features Using Stabilized Metal Nanoparticles |
CN100531901C (zh) * | 2008-05-08 | 2009-08-26 | 郴州高鑫铂业有限公司 | 高活性纳米晶铂炭催化剂的制备方法 |
CN101407331A (zh) * | 2008-10-30 | 2009-04-15 | 上海大学 | 氧化铈纳米片的制备方法 |
JP5436059B2 (ja) * | 2009-06-10 | 2014-03-05 | 公立大学法人大阪府立大学 | 白金粒子担持カーボンブラック触媒の製造方法 |
JP2011036770A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Hokkaido Univ | 貴金属担持光触媒体粒子の製造方法 |
CN101817090B (zh) * | 2010-04-23 | 2012-09-12 | 厦门大学 | 一种钯纳米片的合成方法 |
-
2012
- 2012-08-24 US US14/240,064 patent/US9761885B2/en active Active
- 2012-08-24 JP JP2014526350A patent/JP6317671B2/ja active Active
- 2012-08-24 WO PCT/CA2012/050590 patent/WO2013026171A1/en active Application Filing
- 2012-08-24 EP EP12826267.2A patent/EP2747887B1/en active Active
- 2012-08-24 CA CA2846135A patent/CA2846135C/en active Active
- 2012-08-24 ES ES12826267T patent/ES2910458T3/es active Active
- 2012-08-24 EA EA201490490A patent/EA023497B1/ru unknown
- 2012-08-24 CN CN201280040768.0A patent/CN103747874B/zh active Active
- 2012-08-24 KR KR1020147007648A patent/KR101900535B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040191423A1 (en) * | 2000-04-28 | 2004-09-30 | Ruan Hai Xiong | Methods for the deposition of silver and silver oxide films and patterned films |
US6458431B2 (en) * | 2000-07-28 | 2002-10-01 | Ekc Technology, Inc. | Methods for the lithographic deposition of materials containing nanoparticles |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EA201490490A1 (ru) | 2014-09-30 |
KR101900535B1 (ko) | 2018-11-05 |
CN103747874A (zh) | 2014-04-23 |
WO2013026171A1 (en) | 2013-02-28 |
EP2747887A4 (en) | 2015-04-15 |
JP2014529494A (ja) | 2014-11-13 |
EP2747887B1 (en) | 2021-12-22 |
US20140212790A1 (en) | 2014-07-31 |
JP6317671B2 (ja) | 2018-04-25 |
CA2846135C (en) | 2017-04-04 |
CN103747874B (zh) | 2018-04-27 |
KR20140059253A (ko) | 2014-05-15 |
US9761885B2 (en) | 2017-09-12 |
EP2747887A1 (en) | 2014-07-02 |
ES2910458T3 (es) | 2022-05-12 |
CA2846135A1 (en) | 2013-02-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | High-indexed Pt3Ni alloy tetrahexahedral nanoframes evolved through preferential CO etching | |
Lyu et al. | Spiny rhombic dodecahedral CuPt nanoframes with enhanced catalytic performance synthesized from Cu nanocube templates | |
Zhang et al. | Defect engineering of palladium–tin nanowires enables efficient electrocatalysts for fuel cell reactions | |
Li et al. | Scalable bromide-triggered synthesis of Pd@ Pt core–shell ultrathin nanowires with enhanced electrocatalytic performance toward oxygen reduction reaction | |
Gao et al. | Highly dispersed and crystalline Ta2O5 anchored Pt electrocatalyst with improved activity and durability toward oxygen reduction: promotion by atomic-scale Pt–Ta2O5 interactions | |
Koenigsmann et al. | Ambient surfactantless synthesis, growth mechanism, and size-dependent electrocatalytic behavior of high-quality, single crystalline palladium nanowires | |
Zhang et al. | Porous dendritic platinum nanotubes with extremely high activity and stability for oxygen reduction reaction | |
Sun et al. | Crystalline control of {111} bounded Pt3Cu nanocrystals: Multiply-twinned Pt3Cu icosahedra with enhanced electrocatalytic properties | |
Hu et al. | Increasing stability and activity of core–shell catalysts by preferential segregation of oxide on edges and vertexes: oxygen reduction on Ti–Au@ Pt/C | |
Zhang et al. | Synthesis and oxygen reduction activity of shape-controlled Pt3Ni nanopolyhedra | |
KR101505337B1 (ko) | 촉매 미립자, 카본 담지 촉매 미립자 및 연료 전지 촉매, 그리고 해당 촉매 미립자 및 해당 카본 담지 촉매 미립자의 제조 방법 | |
Lu et al. | Nano-PtPd cubes on graphene exhibit enhanced activity and durability in methanol electrooxidation after CO stripping–cleaning | |
Peng et al. | Synthesis and oxygen reduction electrocatalytic property of platinum hollow and platinum-on-silver nanoparticles | |
Choi et al. | Multimetallic alloy nanotubes with nanoporous framework | |
EP2736633B1 (en) | Cost-effective core-shell catalyst with high electrochemical stability | |
US9101915B2 (en) | Catalyst particles comprising a layered core-shell-shell structure and method of their manufacture | |
Wang et al. | Pulsed electrodeposition of metastable Pd31Bi12 nanoparticles for oxygen reduction electrocatalysis | |
Pei et al. | Ultrathin Pt–Zn nanowires: high-performance catalysts for electrooxidation of methanol and formic acid | |
EP2945909B1 (en) | A core-shell catalyst comprising a mixed metal oxide material of tin and titanium | |
Gumeci et al. | Solvothermal synthesis and electrochemical characterization of shape-controlled Pt nanocrystals | |
JP2014209484A (ja) | 燃料電池用触媒の製造方法 | |
Wang et al. | Structural reconstruction of catalysts in electroreduction reaction: identifying, understanding, and manipulating | |
Rana et al. | High-yield synthesis of sub-10 nm Pt nanotetrahedra with bare⟨ 111⟩ facets for efficient electrocatalytic applications | |
GB2509916A (en) | A mixed metal oxide material of tantalum and titanium | |
EA023497B1 (ru) | Пластинчатый каталитический продукт и способ его производства |