[发明专利]使用有机颜料的催化剂粒度控制

说明书

依据DOE颁布的Cooperative Agreement DE-FG36-07GO17007，在政府资助下创造本发明。政府拥有本发明的某些权利。

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2009年4月23日提交的美国临时专利申请号61/172111的权益，该专利申请的公开内容以引用的方式全文并入本文。

技术领域

本发明涉及包含分散的有机材料的纳米结构化薄膜(NSTF)催化剂，该催化剂可用作燃料电池催化剂。

背景技术

美国专利No.5,879,827(其公开内容以引用的方式并入本文)公开了纳米结构化元件，该元件包含负载针状纳米观催化剂粒子的针状微结构化支撑晶须。所述催化剂粒子可包含不同催化剂材料的交替层，所述不同催化剂材料可在组成、合金度或结晶度方面不同。

美国专利No.6,482,763(其公开内容以引用的方式并入本文)公开了燃料电池电极催化剂，该催化剂包含交替的含铂层和含第二金属的低氧化物的层，所述低氧化物表现出CO氧化的较早发生。

美国专利No.5,338,430、No.5,879,828、No.6,040,077和No.6,319,293(其公开内容以引用的方式并入本文)也涉及纳米结构化薄膜催化剂。

美国专利No.4,812,352、No.5,039,561、No.5,176,786和No.5,336,558(其公开内容以引用的方式并入本文)涉及微结构。

美国专利No.7,419,741(其公开内容以引用的方式并入本文)公开了燃料电池阴极催化剂，该催化剂包含通过如下方式形成的纳米结构：将交替的铂层和第二层沉积于微结构载体上，这可形成一种三元催化剂。

美国专利No.7,622,217(其公开内容以引用的方式并入本文)公开了燃料电池阴极催化剂，该催化剂包含负载纳米观催化剂粒子的微结构化支撑晶须，该纳米观催化剂粒子以指定体积比和Mn含量包含铂和锰以及至少一种其他金属，其中所述其他金属通常为Ni或Co。

发明内容

简言之，本发明提供了一种包含纳米结构化元件的燃料电池催化剂，所述纳米结构化元件包含微结构化支撑晶须，该微结构化支撑晶须带有纳米观催化剂粒子的薄膜，所述纳米观催化剂粒子的薄膜通过交替施加第一层和第二层而制得，所述第一层包含催化剂材料，且所述第二层包含可真空升华的有机分子固体。在一些实施例中，所述催化剂材料包含铂。在一些实施例中，所述催化剂材料包含铂的合金。在一些实施例中，所述催化剂材料为铂。在一些实施例中，所述可真空升华的有机分子固体选自芳族有机颜料。在一些实施例中，所述可真空升华的有机分子固体选自芳族有机颜料。在一些实施例中，所述可真空升华的有机分子固体选自酞菁和二萘嵌苯。在一些实施例中，所述燃料电池催化剂包含至少2个所述第一层，更通常包含至少3个所述第一层，且在一些实施例中包含至少10个所述第一层。在一些实施例中，所述燃料电池催化剂包含至少2个所述第二层，更通常包含至少3个所述第二层，且在一些实施例中包含至少10个所述第二层。在一些实施例中，所述燃料电池催化剂包含至少2个所述第一层和至少2个所述第二层，更通常包含至少3个所述第一层和至少3个所述第二层，且在一些实施例中包含至少10个所述第一层和至少10个所述第二层。在一些实施例中，第一层具有至少5埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有至少10埃的平面等效厚度，且在一些实施例中具有至少15埃的平面等效厚度。在一些实施例中，第一层具有小于2000埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有小于500埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有小于300埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有小于200埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有小于100埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有小于80埃的平面等效厚度，且在一些实施例中具有小于60埃的平面等效厚度。在一些实施例中，第二层具有至少5埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有至少10埃的平面等效厚度，且在一些实施例中具有至少15埃的平面等效厚度。在一些实施例中，第二层具有小于2000埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有小于500埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有小于300埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有小于200埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有小于100埃的平面等效厚度，在一些实施例中具有小于80埃的平面等效厚度，且在一些实施例中具有小于60埃的平面等效厚度。

在本申请中：