使用混合無機物的催化劑性質控制的製作方法

2023-10-10 08:32:19 2

使用混合無機物的催化劑性質控制的製作方法
【專利摘要】本發明涉及使用混合無機物的催化劑性質控制。具體地，本發明提供了可用作燃料電池催化劑的納米結構化薄膜催化劑，所述催化劑材料包括混合的無機材料。在一些實施例中，所述納米結構化薄膜催化劑可包含根據式PtxM(1-x)的催化劑材料，其中x為0.3至0.9，且M為Nb、Bi、Re、Hf、Cu或Zr。所述納米結構化薄膜催化劑可包含根據式PtaCobMc的催化劑材料，其中a+b+c＝1，a為0.3至0.9，b大於0.05，c大於0.05，且M為Au、Zr、或Ir。所述納米結構化薄膜催化劑可包含根據式PtaTibQc的催化劑材料，其中a+b+c＝1，a為0.3至0.9，b大於0.05，c大於0.05，且Q為C或B。
【專利說明】使用混合無機物的催化劑性質控制
[0001]本專利申請是申請日為2010年4月23日，發明名稱為「使用混合無機物的催化劑性質控制」的中國專利申請201080018084.1的分案申請。
[0002]依據DOE頒布的CooperativeAgreement DE-FG36-07G017007,在政府資助下創造本發明。政府擁有本發明的某些權利。
_3] 相關專利申請的交叉引用
[0004]本專利申請要求2009年4月23日提交的美國臨時專利申請號61/172118的權益，該專利申請的公開內容以引用的方式全文併入本文。

【技術領域】
[0005]本發明涉及包含混合的無機材料的納米結構化薄膜(NSTF)催化劑，該催化劑可用作燃料電池催化劑。

【背景技術】
[0006]美國專利N0.5，879，827 (其公開內容以引用的方式併入本文)公開了納米結構化元件，該元件包含帶有針狀納米觀催化劑粒子的針狀微結構化支撐晶須。所述催化劑粒子可包含不同催化劑材料的交替層，所述不同催化劑材料可在組成、合金度或結晶度方面不同。
[0007]美國專利N0.6，482，763 (其公開內容以引用的方式併入本文)公開了燃料電池電極催化劑，該催化劑包含交替的含鉬層和含第二金屬的低氧化物的層，所述低氧化物表現出CO氧化的較早發生。
[0008]美國專利N0.5，338，430、N0.5，879，828、N0.6，040，077 和 N0.6，319，293 (其公開內容以引用的方式併入本文)也涉及納米結構化薄膜催化劑。
[0009]美國專利N0.4，812，352、N0.5，039，561、N0.5，176，786 和 N0.5，336，558 (其公開內容以引用的方式併入本文)涉及微結構。
[0010]美國專利N0.7，419，741 (其公開內容以引用的方式併入本文)公開了燃料電池陰極催化劑，該催化劑包含通過如下方式形成的納米結構:將交替的鉬層和第二層沉積於微結構載體上，這可形成一種三元催化劑。
[0011]美國專利N0.7，622，217(其公開內容以引用的方式併入本文)公開了燃料電池陰極催化劑，該催化劑包含帶有納米觀催化劑粒子的微結構化支撐晶須，該納米觀催化劑粒子以指定體積比和Mn含量包含鉬和錳以及至少一種其他金屬，其中所述其他金屬通常為Ni 或 Co。


【發明內容】

[0012]簡言之，本發明提供了一種燃料電池催化劑，其包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，該納米觀催化劑粒子包含根據式PtxM(1_x)的催化劑材料，其中X為0.3至0.9，且M選自Nb、B1、Re、Hf、Cu和Zr。在一些實施例中，M為Nb。在一些實施例中，M為Nb且X為0.6至0.9。在一些實施例中，M為Nb且X為0.7至0.8。在一些實施例中，M為Bi。在一些實施例中，M為Bi且X為0.6至0.9。在一些實施例中，M為Bi且X為0.65至0.75。在一些實施例中，M為Re。在一些實施例中，M為Re且X為0.52至0.90。在一些實施例中，M為Re且X為0.52至0.69。在一些實施例中，M為Cu。在一些實施例中，M為Cu且X為0.30至0.8。在一些實施例中，M為Cu且x為0.32至0.42。在一些實施例中，M為Hf。在一些實施例中，M為Hf且X為0.65至0.93。在一些實施例中，M為Hf且X為0.72至0.82。在一些實施例中，M為Zr。在一些實施例中，M為Zr且X為0.60至0.9。在一些實施例中，M為Zr且x為0.66至0.8。
[0013]在另一方面，本發明提供了一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，該納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx(LiF) (1_x)的催化劑材料，其中X為0.3至0.9。在一些實施例中，X為0.5至0.8。
[0014]在另一方面，本發明提供了一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，該納米觀催化劑粒子包含根據式PtaCobMe的催化劑材料,其中a+b+c = I, a為0.3至0.9，b大於0.05，c大於0.05，且M選自Au、Zr、和Ir。在一些實施例中，M為Au。在一些實施例中，所述催化劑材料根據式PtxCo(x/2.2)Au(1_x_x/2.2)，其中X為0.53至0.58。在一些實施例中，M為Zr。在一些實施例中，所述催化劑材料根據式Pt(1_x_y)CoxZry，其中x和y滿足條件2y+x>.35，47+1〈1.00且1〈0.7。在一些實施例中，M為Ir。在一些實施例中，所述催化劑材料根據式PtxCo(x/3.9)Ir(1_x_x/3.9)，其中X為0.63至0.76，且更通常地x為0.65至0.69。
[0015]在另一方面，本發明提供了一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，該納米觀催化劑粒子包含根據式PtaTibQe的催化劑材料，其中a+b+c = I, a為0.3至0.9，b大於0.05，c大於0.05，且Q選自C和B。在一些實施例中，Q為C。在一些實施例中，所述催化劑材料根據式Pt。.5 (TixC(1_x))0.5，其中X為0.3至0.82，且更通常地X為0.4至0.7。在一些實施例中，所述催化劑材料根據式Ptx(TiC) ((1-x)/2)，其中X為0.4至0.7。在一些實施例中，Q為B。在一些實施例中，所述催化劑材料根據式Ρν5(--χΒ(1_χ))α5，其中X為0.10至0.88，且更通常地X為0.52至0.82。
[0016]在另一方面，本發明提供了一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含帶有納米觀催化劑粒子的薄膜的微結構化支撐晶須，所述納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx(S12) (1_χ)的催化劑材料，其中X為0.7至I。
[0017]在另一方面，本發明提供了一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含帶有納米觀催化劑粒子的薄膜的微結構化支撐晶須，所述納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx(ZrO2) (1_χ)的催化劑材料，其中X為0.65至0.8。
[0018]在另一方面，本發明提供了一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含帶有納米觀催化劑粒子的薄膜的微結構化支撐晶須，所述納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx(Al2O3) (2(1_χ)/5)的催化劑材料，其中X為0.3至0.7。
[0019]在另一方面，本發明提供了一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含帶有納米觀催化劑粒子的薄膜的微結構化支撐晶須，所述納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx(TiSi2) ((1_x)/3)的催化劑材料，其中X為0.8至0.95。
[0020]在另一方面，本發明提供了一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含帶有納米觀催化劑粒子的薄膜的微結構化支撐晶須，所述納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx(T12) ((1_x)/3)的催化劑材料，其中X為0.3至0.7。
[0021]在另一方面，本發明提供了一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含帶有納米觀催化劑粒子的薄膜的微結構化支撐晶須，所述納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx (混合稀土金屬)(1_x)的催化劑材料，其中X為0.4至0.85。
[0022]在另一方面，本發明提供了一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含帶有納米觀催化劑粒子的薄膜的微結構化支撐晶須，所述納米觀催化劑粒子包含根據式 Ptx(Coa9Mnai) (X/L7) (S12)
((1-x-x/l.7)/3) 的催化劑材料，其中X為0.3至0.6。
[0023]在本申請中:
[0024]「膜電極組件」是指包含膜的結構，其包含電解質(通常為聚合物電解質)和至少一個(但更典型的是兩個或更多個)鄰接所述膜的電極；
[0025]「納米結構化元件」是指針狀、離散的、微觀結構，該結構包含位於其表面至少一部分上的催化材料；
[0026]「納米觀催化劑粒子」是指催化劑材料的粒子，所述粒子具有至少一個面等於或小於約15nm,或具有約15nm或更小的微晶尺寸,所述尺寸由標準2-θ X射線衍射掃描的衍射峰半寬度來測量；
[0027]「納米觀催化劑粒子的薄膜」包括離散的納米觀催化劑粒子的膜、熔融的納米觀催化劑粒子的膜、和為結晶或無定形的納米觀催化劑顆粒的膜；通常為離散的或熔融的納米觀催化劑粒子的膜，且最通常為離散的納米觀催化劑粒子的膜；
[0028]「針狀」是指長度與平均橫截面寬度的比大於或等於3 ；
[0029]「離散的」是指具有獨立身份的分開的元件，但並不排除元件之間相互接觸；
[0030]「微觀」是指具有至少一個面等於或小於約一微米；
[0031]「平面等效厚度」是指，對於分布在表面上的層，其可以是不平坦分布的且其表面可以是不平坦的表面(例如散布在地表上的雪層，或在真空沉積過程中分布的原子層)，假設該層的總質量均勻地分布在覆蓋與該表面的投影面積相同的面積(注意，一旦忽視不平坦形貌和褶積，該表面覆蓋的投影面積小於或等於該表面的總表面積)的平面上而計算出的厚度；
[0032]「雙層平面等效厚度」是指第一層(如本文所述)和接下來存在的第二層(如本文所述)的總平面等效厚度。
[0033]本發明的優點在於提供用於燃料電池的催化劑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1-20為對於如下文實例中所述的本說明書的各個實施例，表示Pt[lll]晶粒度、Pt [111]晶格常數、和表面積比率(SEF)的圖。

【具體實施方式】
[0035]本發明涉及含有鉬(Pt)的燃料電池催化劑，其可特徵在於具有晶粒度、Pt fee晶格間距、和Pt在催化劑粒子中的表面積。本發明涉及在獨立於催化劑載量和所得催化劑材料而操控晶粒度、Pt fee晶格間距、和表面積的方法中所用的材料。
[0036]催化劑粒子的尺寸是重要的，因為其可直接決定催化劑的可用質量比表面積(m2/g)以及催化劑整體通過其表面反應而得以利用的程度如何。合金中的Pt fee晶格間距是重要的，因為其直接反映合金的電子帶結構的變化以及最終表面上的Pt-Pt間距的變化，所述表面上的Pt-Pt間距決定了 O2和OH-吸附至催化劑表面的牢固程度，並由此決定氧氣還原反應的所得動力學速率。特別地，本發明涉及在通過混合催化劑(如Pt)的層與各種無機材料層而控制催化劑粒度或晶粒度和晶格參數(由X射線衍射測定)的方法中所用的材料。本發明涉及下述材料:其用於對於不同的催化劑/混合材料的原子比例獨立於催化劑載量而獲得所需的晶粒度、晶格參數和增加的催化劑表面積的方法中。用於沉積層的優選方法為通過真空沉積法，且優選的催化劑載體為高長寬比(>3)結構。本發明特別地與納米結構化薄膜(NSTF)負載的催化劑相關。
[0037]NSTF催化劑在多個方面高度區別於常規碳負載的分散的催化劑。四個關鍵的區別方面為:1)催化劑載體為有機結晶晶須，所述有機結晶晶須消除了困擾常規催化劑的碳腐蝕的所有方面，同時有利於Pt納米晶須(小晶須(whiskerettes))在晶須載體上的取向生長；2)催化劑塗層為納米結構化薄膜而不是分離的納米粒子，所述納米結構化薄膜賦予NSTF催化劑比10倍還高的氧氣還原(ORR)的比活(限制燃料電池陰極反應的性能)；3)塗布於NSTF晶須載體上的催化劑的納米結構化薄膜形態賦予所述NSTF催化劑在高電壓偏移下的更高的抗Pt腐蝕性而同時產生更低水平的導致過早膜損壞的過氧化物；和4)用於形成NSTF催化劑和支撐晶須的方法為全乾燥卷狀(all dry roll-good)方法,所述方法完全可能在單程中製備和分散支撐晶須為單層並在移動料片上用催化劑塗布所述支撐晶須。如下專利的公開內容以引用的方式併入本文:US 7,419, 741 ；US 5,879,827 ；US 6, 040, 077 ；US 5，336，558 ；US 5，336，558 ；US 5，336，558 ；US 6，136，412。
[0038]所述NSTF催化劑特別可用於以極低的貴金屬催化劑載量來滿足PEM燃料電池性能和耐久性的要求。任何應用的任何催化劑的關鍵問題是儘可能有效地利用催化劑整體。這意味著增加質量比表面積(m2/g)使得表面積與質量之比儘可能高，但不損失關鍵ORR反應的比活。燃料電池電催化劑的絕對活性為表面積和比活的乘積，且對於常規分散的催化齊U，當通過降低粒度來增加質量比表面積時比活顯著減小。此外，關於Pt腐蝕和溶解機制，更小的催化劑粒子趨於更不穩定。因此對於常規分散的催化劑，存在在數納米範圍內的最佳所需尺寸，這平衡了表面積的增益與比活和耐久性的損失。
[0039]在NSTF結晶有機晶須上形成的納米結構化催化劑膜塗層的晶粒度通常大於常規分散的Pt/碳催化劑，從而產生較低的總表面積和質量比表面積(m2/g)。為了確定提供最佳表面積而同時保持基本上更高的比活和穩定性的最佳值，合意的是對任何給定的載量降低晶粒度。也合意的是能夠獨立於或者貴金屬催化劑載量或者活性催化劑組分(如Pt)相對於用於製備整個催化劑的任何其他混合元素或化合物的原子分數來控制晶粒度。在本發明中， 申請人:公開了多種無機元素和化合物作為與Pt的間層材料以製備具有廣泛變化且可控的晶粒度和表面積的混合催化劑的用途。
[0040]迄今為止，在NSTF晶須上的真空沉積(使用電子束蒸鍍或磁控濺射沉積)塗層的晶粒度受控於在所述晶須載體上的總催化劑載量(以例如mg Pt/cm2電極活性面積表示)和那些支撐晶須的表面積(通常為面積數密度和長度)。使用本發明， 申請人:教導了如何可獨立於載量或晶須載體而獲得晶粒度。 申請人:還說明了通過電化學氫氣吸附-解吸而測得的催化劑表面積如何也可通過本發明的微晶粒度而進行控制。
[0041]本發明涉及一種在降低的載量下(〈總共0.25mg-Pt/cm2)增加NSTF表面積和比活兩者的方法。本發明的出乎意料的結果是在所述保形塗層的沉積過程中一種保形塗層材料的功能直接影響和控制相鄰保形塗層材料的物理性質(例如Pt晶粒度和形狀)。
[0042]
[0043]使用由交替的Pt的超薄層和另外的材料的超薄層製得的催化劑說明獲得任意晶粒度和表面積的能力，所述催化劑如下所指:
[0044]A.Pt 二兀體(binary):PtNb、PtB1、PtRe、PtCu、PtHf、PtZr 和 Pt (LiF)
[0045]Β.Pt 三兀體(ternery):PtCoAu、PtCoZr、PtCoIr、PtTiC 和 PtTiB
[0046]C.Pt 化合物:Pt (S12)、Pt (ZrO2)、Pt (Al2O3)、Pt (TiSi2)、Pt (T12)、Pt (混合稀土金屬)和 Pt (CoMn) (S12)
[0047]混合稀土金屬為稀土元素的合金，在這些實例中由Ce (51% ), La(28.6% )、Nd(12.3% ),Pr (4.6% )、和殘留的 Fe 和 Mg 組成。
[0048]在Pt 二元體的情況中，兩種元素的每一種由分開的濺射源沉積。在Pt三元體的情況中，三種元素的每一種由分開的濺射源沉積。在Pt化合物和Pt (LiF)的情況中，Pt和括號中的材料由分開的濺射源沉積。
[0049]對於所有的樣品/實例，催化劑被沉積於NSTF晶須載體上，所述NSTF晶須載體作為在如上所引的多個專利中所述的MCTS(微結構化催化劑轉移基材)上的卷狀物(roll-good)而製得。將裸露的晶須塗布的MCTS基材切割為側邊大約4英寸的方形部分，以用於使用如下所述的交替催化劑進行塗布。
[0050]通過真空派射沉積將交替的Pt層和另外的材料(ad-material)的層沉積於NSTF支撐晶須上。所述另外的材料由用於製備混合的Pt- 二元催化劑的單個元素、用於製備混合的Pt-三元催化劑的兩種元素、和用於製備混合的Pt-化合物催化劑的無機化合物組成。對於每種材料組成，將樣品製成64個單獨的盤形區域的陣列，每個盤形區域直徑為約4mm。8X8陣列覆蓋大約50cm2(4〃X4〃)平面區域，所述平面區域由NSTF支撐晶須的均勻塗層覆蓋。在將催化劑沉積於所述晶須支撐膜上的過程中，將樣品陣列反覆且連續地通過不同的材料靶臺，專用掩模介於每個靶臺中以控制相對於基材上的χ-y位置的沉積速率。控制掩模和它們的取向以獲得在不同陣列元件上所需的材料沉積梯度，如J.R.Dahn等人，Chem.Mater.2002, 14，3519-3523中所述，該文獻的公開內容以引用的方式併入本文。例如，在Pt三元體的64樣品陣列上的材料組成的典型分布可在每個陣列盤上具有0.15mg/cm2的恆定Pt載量(使用「恆定掩模」獲得)、在陣列的I至8行的均勻增加的元素M1的載量(使用「線性進入(linear-1n) 」掩模獲得)、以及在陣列的8至I列的均勻增加的元素M2的載量(使用「線性離開(linear-out) 」掩模獲得)。以此方式,可僅使用用於Pt 二元和Pt-化合物催化劑的兩個濺射靶，或僅使用用於Pt三元催化劑的三個靶以不同的且受控的組成製得混合的催化劑組成陣列組。在任何指定的沉積運行過程中製得待用於不同目的的多個這種樣品片材。一些將被製成用於如下所述的燃料電池測試的膜電極組件，一些將被直接用於通過電子微探針分析表徵質量載量、通過X射線衍射測定晶粒度和晶格間距、以及一些將被用於在加速的酸浸測試下的化學穩定性。
[0051]重要的是應注意，每次在任何指定靶上經過而沉積的平面等效層厚度極小，通常小於或約為材料單層。例如，樣品臺在14rpm下旋轉。在祀功率條件下沉積0.15mg/cm2的Pt或750埃需要42分鐘。臺旋轉數則為588，從而得到每次經過僅為1.276埃的平面等效Pt層厚度。該平面等效厚度在NSTF晶須支撐膜的實際表面積上分布，所述NSTF晶須支撐膜具有約5至10的有效粗糙度係數。這使得沉積於支撐晶須側面上的任何指定材料的有效層厚度比單層小得多。通常，使用數百層來製備每個陣列樣品。
[0052]對於非氧化物化合物和金屬元素，使用通常在?0.8mTorr的Ar下的DC磁控濺射。控制靶功率和電壓以獲得所需的沉積速率。例如，對於Pt-Hf的情況，Pt靶功率和電壓為48瓦和402伏，而對於Hf，靶功率和電壓為99瓦和341伏。對於一些絕緣靶材料，如S12,使用具有DC偏壓的射頻等離子體濺射沉積。
[0053]在將催化劑沉積於64-元件陣列之後，將催化電極陣列盤轉移至質子交換膜的一側以充當膜電極組件(MEA)的陰極。對於MEA陽極側，使用塗布有0.2mg/cm2純Pt的NSTF晶須的連續層(製造為卷狀物)。通過在如上所引的多個專利中所述的熱輥層合完成催化齊U向膜的轉移以形成MEA。將陽極電極材料的4平方英寸片材和陰極陣列元件的4平方英寸片材置於膜(通常830EW離聚物，35微米厚)的兩側。隨後在樣品/膜片材的組件的外部上放置聚醯亞胺膜和印刷紙的各種片材以形成夾層結構組件。印刷紙的功能是提高輥隙壓力的均勻度而無論層合機的鋼輥中的缺陷如何。然後在lft/min和施加至層合機輥的每一端的大約1000磅的力下，將所述組件通過具有3〃直徑加熱輥(350 T )的層合機的輥隙。在通過輥隙之後，去除夾層結構的各個片材，將MCTS背襯膜剝離所述膜，從而留下嵌入所述膜的每一側的催化劑塗布的晶須。然後將由此形成的MEA裝入64槽分段電池(64channelsegmented cell)以用於評價在64個區域的每一個中的電化學表面積、燃料電池氧氣還原性能、和在加速高壓循環測試(CV循環)下表面積的穩定性。
[0054]在如下實例中， 申請人:顯示了測得的Pt[lll]微晶晶粒度、Pt fee晶格間距、和測得的電化學表面積如何隨不同的如上所述的二元、三元和化合物混合的材料組而變化。
[0055]Pt 二元體:PtNb、PtB1、PtRe、PtCu、PtHf、PtZr 和 Pt(LiF)
[0056]這些實例的結果示於圖1-6。
[0057]這些實例顯示取決於加入Pt的金屬元素的類型，晶粒度和晶格間距可隨所加入元素的原子分數(Ι-x)而以極不同的方式變化。Pt晶粒度和晶格參數可幾乎獨立於(Ι-x)，如在PtxLiFh的情況中；可保持幾乎獨立於(Ι-x)直至某一值然後顯著改變，如在PtxNlvx的情況中；或在廣泛範圍的(Ι-x)內更均勻地變化，如在PtxBih和PtxReh的情況中；或在極小範圍的(Ι-x)內極顯著地變化，如在PtxHfVx中。在樣品中，晶粒度和晶格參數可隨X增加而在不同方向上變化(增大或減小)。最相關的表面積數據SEF(cm2/cm2)為標識為「在TC後」(意指在MEA的實驗性操作調節(break-1n condit1ning)之後)的繪製值。SEF值通常由於該有利的調節而增加，但通常在CV循環之後減小，所述CV循環為耐久性測試，其旨在評定所加入的元素是否協助穩定Pt晶粒以對抗在高電壓循環下的溶解。
[0058]Pt 三元體:PtCoAu、PtCoZr.PtCoIr.PtTiC 和 PtTiB
[0059]這些實例的結果示於圖7、8和13-15。
[0060]Pt 化合物:Pt (S10)、Pt (ZrOo)、Pt (AL0J、Pt (TiSL)、Pt (T1J、Pt (混合稀十金屬)和 Pt (CoMn) (S10)
[0061]這些實例的結果示於圖9-12、18_20。
[0062]在這些實例中可以看出晶粒度可獨立於晶格常數而變化，如在Ptx(S12) (1_x)中，或它們可類似地隨X而變化，如在Ptx (ZrO2) (1_x)和Ptx (T12) (1_x)/3中。在Ptx (TiSi2) (1_x)/3的情況中，晶格常數和晶粒度獨立於X或僅極小取決於X。在混合稀土金屬的情況中，無Pt晶格形成，結構基本上為無定形的。
[0063]在許多情況中，在低於0.5的Pt原子分數下，NSTF催化劑的初始表面積極高，相對於對於這些Pt載量的通常的10-12，為30-40cm2/cm2。通常，晶粒度隨Pt原子分數的降低而降低，與表面積的增加相關。
[0064]在不脫離本發明的範圍和原理的前提下，對本發明做出各種修改和更改對本領域的技術人員而言將變得顯而易見，並且應當理解本發明並不受以上說明的示例性實施例的不當限制。
【權利要求】
1.一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，所述納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx (LiF) (1_x)的催化劑材料，其中X為0.3至0.9。
2.一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，所述納米觀催化劑粒子包含根據式PtaCobMc的催化劑材料，其中a+b+c = 1，a為0.3至0.9，b大於0.05，c大於0.05，且Μ選自Au、Zr、和Ir。
3.一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，所述納米觀催化劑粒子包含根據式PtaTibQc的催化劑材料，其中a+b+c = 1，a為0.3至0.9，b大於0.05，c大於0.05，且Q選自C和B。
4.一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，所述納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx(Si02) ((1_x)/3)的催化劑材料，其中X為0.7至0.95。
5.一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，所述納米觀催化劑粒子包含根據Ptx(Zr02) ((1_x)/3)的催化劑材料，其中X為0.65至0.8。
6.一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，所述納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx(Al203) (2(1_x)/5)的催化劑材料，其中X為0.3至0.7。
7.一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，所述納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx(TiSi2) ((1_x)/3)的催化劑材料，其中X為0.8至0.95。
8.一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，所述納米觀催化劑粒子包含根據式Ptx(Ti02) ((1_x)/3)的催化劑材料，其中X為0.3至0.7。
9.一種包含納米結構化元件的燃料電池催化劑，所述納米結構化元件包含微結構化支撐晶須，該微結構化支撐晶須帶有納米觀催化劑粒子的薄膜，所述納米觀催化劑粒子包含根據式 Ptx(C0a9Mnai) (X/L7) (Si02)

((1-x-x/l.7)/3) 的催化劑材料，其中X為0.3至0.6。
【文檔編號】H01M4/92GK104466205SQ201410578002
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2010年4月23日 優先權日:2009年4月23日
【發明者】傑弗裡·R·達恩, 馬克·K·德貝, 拉達斯拉維·阿塔納索斯克, 蘇珊·M·亨德裡克斯, 大衛·A·史蒂文森, 阿恩德·加爾薩奇, 羅伯特·J·桑德森 申請人:3M創新有限公司, 傑弗裡·R·達恩