JP2017098231A - 耐食触媒を形成するための方法、及びインク組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】方法は、NbO2基材粒子にコンフォーマルPt又は白金合金薄層を堆積させてPt被覆NbO2を形成するステップを含む。Pt被覆NbO2粒子は次いで燃料電池触媒層(14、16)に組み込まれる。
【選択図】図1
Description
[0001]本出願は、2015年10月23日出願の米国仮出願第62/246,561号の利益を請求し、その本開示がここで引用によってその全体として本明細書に援用される。
[0023]「ALD」は原子層堆積を意味する。
[0024]「AST」は加速安定性試験を意味する。
[0027]図1は、後述される耐食触媒を組み込む燃料電池の横断面図を提供する。PEM燃料電池10は、カソード電気触媒層14とアノード電気触媒層16との間に設置される高分子イオン伝導膜12を含む。有利には、カソード電気触媒層14およびアノード電気触媒層16は耐食触媒を含む。特に、耐食触媒はアノード電気触媒層16に組み込まれる。燃料電池10は、ガス流路24および26を含む導電流場板20、22も含む。流場板20、22は双極板(例示される)か、または単極板(すなわち、端板)かである。改良において、流場板20、22は、金または白金などの貴金属で任意選択で被覆される金属板(たとえば、ステンレス鋼)から形成される。別の改良において、流場板20、22は、やはり貴金属で任意選択で被覆される伝導性高分子から形成される。ガス拡散層32および34がまた、流場板と触媒層との間に介在される。動作の間、水素が燃料としてアノード触媒層16に供給され、そして酸素が酸化剤としてカソード触媒層14に供給され、それによってそこでの電気化学工程の結果として電気を生成する。
12 高分子イオン伝導膜
14 カソード電気触媒層
16 アノード電気触媒層
20 導電流場板
22 導電流場板
24 ガス流路
26 ガス流路
32 ガス拡散層
34 ガス拡散層
(項目1)
NbO 2 基材粒子にコンフォーマルPt薄層または白金合金薄層を堆積させてPt被覆NbO 2 粒子を形成するステップと、
前記Pt被覆NbO 2 粒子を燃料電池触媒層に組み込むステップとを備える、耐食触媒を形成するための方法。
(項目2)
前記コンフォーマルPt薄層が原子層堆積工程によって形成される、項目1に記載の方法。
(項目3)
前記原子層堆積工程が、表面NbO 2 がNbOまたはNbに還元される還元性H 2 プラズマ工程である、項目2に記載の方法。
(項目4)
前記原子層堆積工程が、NbO 2 が分子水素と接触されるH 2 熱工程である、項目2に記載の方法。
(項目5)
白金合金薄層であって、白金−イリジウム合金、白金−パラジウム合金、および白金−金合金から成る群から選択される成分を含む、白金合金薄層が堆積される、項目1に記載の方法。
(項目6)
前記Pt薄層または白金合金薄層が約0.3から20nmの厚さを有する、項目1に記載の方法。
(項目7)
コンフォーマルPt薄層が、NbO 2 基材粒子が白金含有化合物の蒸気と接触されて前記白金含有化合物の蒸気の少なくとも一部分が基材表面に吸着または反応して改質表面を形成する堆積サイクルによって前記NbO 2 基材粒子に堆積される、項目1に記載の方法。
(項目8)
前記白金含有化合物がトリメチル(メチルシクロペンタジエニル)白金である、項目7に記載の方法。
(項目9)
前記堆積が、前記改質表面を還元剤の蒸気と接触させて、前記コンフォーマルPt薄層または白金合金薄層の少なくとも一部分を反応および形成させるステップを含む、項目7に記載の方法。
(項目10)
前記還元剤が分子水素である、項目9に記載の方法。
(項目11)
前記還元剤が還元性H 2 プラズマによって形成される、項目9に記載の方法。
(項目12)
前記堆積サイクルが約50から400°Cの温度である、項目9に記載の方法。
(項目13)
前記堆積サイクルのための圧力が約10 −6 Torrから約760Torrである、項目9に記載の方法。
(項目14)
前記堆積サイクルのための圧力が約0.1ミリトールから約10Torrである、項目9に記載の方法。
(項目15)
前記NbO 2 基材粒子が1〜5,000堆積サイクルにさらされる、項目9に記載の方法。
(項目16)
前記NbO 2 基材粒子が10〜300堆積サイクルにさらされる、項目9に記載の方法。
(項目17)
NbO 2 基材粒子にコンフォーマルPt薄層または白金合金薄層を堆積させてPt被覆NbO 2 粒子を形成することによって形成されるPt被覆NbO 2 粒子と、
アイオノマーと、
溶媒とを含む、インク組成物。
(項目18)
前記Pt被覆NbO 2 粒子が、前記インク組成物の総重量の約1重量パーセントから10重量パーセントの量だけ存在し、
前記アイオノマーが、前記インク組成物の約5重量パーセントから約40重量パーセントの量だけ存在し、かつ
残部が前記溶媒である、項目17に記載のインク組成物。
(項目19)
前記コンフォーマルPt薄層または白金合金薄層が、前記NbO 2 基材粒子を白金含有化合物の蒸気と接触させ、その結果前記白金含有化合物の蒸気の少なくとも一部分が基材表面に吸着または反応して改質表面を形成することによって形成される、項目17に記載のインク組成物。
(項目20)
前記改質表面が還元剤の蒸気と接触されて、前記コンフォーマルPt薄層または白金合金薄層の少なくとも一部分を反応および形成させる、項目19に記載のインク組成物。
Claims (20)
- NbO2基材粒子にコンフォーマルPt薄層または白金合金薄層を堆積させてPt被覆NbO2粒子を形成するステップと、
前記Pt被覆NbO2粒子を燃料電池触媒層に組み込むステップとを備える、耐食触媒を形成するための方法。 - 前記コンフォーマルPt薄層が原子層堆積工程によって形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記原子層堆積工程が、表面NbO2がNbOまたはNbに還元される還元性H2プラズマ工程である、請求項2に記載の方法。
- 前記原子層堆積工程が、NbO2が分子水素と接触されるH2熱工程である、請求項2に記載の方法。
- 白金合金薄層であって、白金−イリジウム合金、白金−パラジウム合金、および白金−金合金から成る群から選択される成分を含む、白金合金薄層が堆積される、請求項1に記載の方法。
- 前記Pt薄層または白金合金薄層が約0.3から20nmの厚さを有する、請求項1に記載の方法。
- コンフォーマルPt薄層が、NbO2基材粒子が白金含有化合物の蒸気と接触されて前記白金含有化合物の蒸気の少なくとも一部分が基材表面に吸着または反応して改質表面を形成する堆積サイクルによって前記NbO2基材粒子に堆積される、請求項1に記載の方法。
- 前記白金含有化合物がトリメチル(メチルシクロペンタジエニル)白金である、請求項7に記載の方法。
- 前記堆積が、前記改質表面を還元剤の蒸気と接触させて、前記コンフォーマルPt薄層または白金合金薄層の少なくとも一部分を反応および形成させるステップを含む、請求項7に記載の方法。
- 前記還元剤が分子水素である、請求項9に記載の方法。
- 前記還元剤が還元性H2プラズマによって形成される、請求項9に記載の方法。
- 前記堆積サイクルが約50から400°Cの温度である、請求項9に記載の方法。
- 前記堆積サイクルのための圧力が約10−6Torrから約760Torrである、請求項9に記載の方法。
- 前記堆積サイクルのための圧力が約0.1ミリトールから約10Torrである、請求項9に記載の方法。
- 前記NbO2基材粒子が1〜5,000堆積サイクルにさらされる、請求項9に記載の方法。
- 前記NbO2基材粒子が10〜300堆積サイクルにさらされる、請求項9に記載の方法。
- NbO2基材粒子にコンフォーマルPt薄層または白金合金薄層を堆積させてPt被覆NbO2粒子を形成することによって形成されるPt被覆NbO2粒子と、
アイオノマーと、
溶媒とを含む、インク組成物。 - 前記Pt被覆NbO2粒子が、前記インク組成物の総重量の約1重量パーセントから10重量パーセントの量だけ存在し、
前記アイオノマーが、前記インク組成物の約5重量パーセントから約40重量パーセントの量だけ存在し、かつ
残部が前記溶媒である、請求項17に記載のインク組成物。 - 前記コンフォーマルPt薄層または白金合金薄層が、前記NbO2基材粒子を白金含有化合物の蒸気と接触させ、その結果前記白金含有化合物の蒸気の少なくとも一部分が基材表面に吸着または反応して改質表面を形成することによって形成される、請求項17に記載のインク組成物。
- 前記改質表面が還元剤の蒸気と接触されて、前記コンフォーマルPt薄層または白金合金薄層の少なくとも一部分を反応および形成させる、請求項19に記載のインク組成物。
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