[发明专利]触媒与其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及触媒，更特别地涉及该触媒的组成比例与形成方法，以及该触媒在燃料电池中的应用。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFC)为一种直接使用燃料在低温操作的供电装置，由于在低温条件下操作，必须使用触媒使其达到理想发电效率。由于质子交换膜燃料电池(PEMFC)主要使用氢气作为燃料来源，然后纯氢在运输与储存上都有其难度，因此多半使用重组器将甲醇或其他碳氢燃料转换为所需的燃料气体，而这些燃料气体往往带有一氧化碳(CO)或二氧化碳(CO₂)等不纯物，因此简单直接反应的直接甲醇燃料电池(DMFC)即受到重视。目前发展主要分为主动式与被动式，主动式燃料电池系统的输出功率通常设计在10W以上，适用于定置型产品，一般在低甲醇浓度(1M)下操作。对于低功率和1W以下的产品需求则发展出被动式燃料电池系统，适用于携带型产品，一般在高甲醇浓度(5M)下操作。虽然传统上多使用铂作为电极材料，其也具有良好的电化学特性，但金属铂含量有限而价格也居高不下，使得实际应用变得困难，即使添加第二金属形成Pt-M作为阴极触媒而减少铂的使用量，但不论在主动式或是被动式系统，仍面临阳极甲醇穿透至阴极造成阴极触媒被一氧化碳(CO)毒化的问题，导致触媒活性降低甚至完全失去催化能力。因此，价格较便宜的钯逐渐受到重视。然而钯本身催化活性不佳，目前已有一些探讨钯为主体的触媒，但大部分所得的触媒氧还原能力都不佳，或是为低负载量，低负载量在涂布时因为需要涂布较厚的触媒层而面临质传问题。

美国专利US 7713910利用合成PtM降低成本，但仍无法避免甲醇穿透所造成的毒化问题。目前一般研究Pd系的触媒合金多在低负载量下探讨，这是由于低负载量因为容易分散与合成，可达到较佳的活性，但在实际应用时需涂较厚的触媒层导致质传问题，使实际应用不易。美国专利US 7632601所合成的PdCo虽可达到与Pt相近的活性，但是该触媒合成的负载量仅约20wt％～30wt％，因此仍有其不足之处。US7498286则是以碳为载体合成的PdCoMo，虽然活性与稳定度皆有提升，但是金属负载量约为20wt％，因此也难以实际应用至DMFC系统。除此之外，该文献使用化学还原法还原Pd和Co的前体(六氯钯酸铵和硝酸钴)在碳载体(XC-72R)上形成PdCo/C，再使用含浸法(Impregnation Method)将Mo(七钼酸铵)含浸上PdCo/C，为两步骤合成的方法。其元素组成比例为Pd介于60-80原子％之间，Co介于10-30原子％之间，Mo则介于5-15原子％之间。此方法的缺点为两步制造方法，且Mo的含量较高。

综上所述，目前亟需新的触媒组成及制法解决上述问题。

发明内容

本发明提供了一种触媒，其包括碳载体，以及吸附于该碳载体表面上的合金触媒，其中所述合金触媒由50原子％至98原子％的钯、2原子％至30原子％的钴，以及0.01原子％至小于5原子％的钼组成。

附图说明

图1为在本发明的实施例中，具有不同Mo含量的触媒在0.5M硫酸与0.75V的电压下的活性比较图；

图2为在本发明的实施例中，具有不同Mo含量的触媒在1M甲醇与0.75V的电压下的活性比较图；

图3为在本发明的实施例中，具有不同Mo含量的触媒在0.5M硫酸中的耐久度比较图；以及

图4为在本发明的实施例中，具有不同Mo含量的触媒在1M甲醇中的耐久度比较图。

具体实施方式

本发明的实施例提供了一种触媒的形成方法。首先将碳载体分散于乙二醇中，形成碳载体分散液。所述碳载体可为活性碳、炭黑、碳纳米粒、碳纳米管、碳纳米纤维、炉黑、石墨炭黑、石墨，或上述的组合。在本发明的一个实施例中，碳载体的表面积介于10m²/g至2000m²/g之间。若碳载体的表面积过小，则触媒负载量将下降，且触媒颗粒会有不均匀分散于载体上的现象。若碳载体的表面积过大，则通常具有较多微孔，对分散帮助不大，孔洞还容易被触媒阻塞。