[发明专利]纳米结构的薄膜催化剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米结构的薄膜催化剂。

背景技术

尽管为了在汽车应用中利用燃料电池（FC）技术而考虑了可靠性和工作寿命，但是催化剂活性仍然是为了使燃料电池技术尤其是燃料电池车辆商业化而需要全面考虑的一个因素。已经努力集中开发具有期望的电催化氧还原反应（ORR）的燃料电池催化剂。为此，燃料电池催化剂相对于负载在碳上的纯的铂纳米颗粒和/或纯的铂合金纳米颗粒显示出一定的改善。然而，这些传统催化剂由于作为纳米颗粒而仍倾向于聚集、解离和其它耐久性问题。对用于质子交换膜燃料电池（PEMFC）应用的耐久的且活性的催化剂的开发仍然是一项挑战。

发明内容

在一个实施例中，一种催化剂组件包括：基板，包括基体和从基体延伸的多个棒；催化剂层，包括催化剂材料；以及第一中间层，设置在基板和催化剂层之间并包括第一涂覆材料，第一涂覆材料具有比催化剂材料高的表面能量。所述多个棒可以具有大于1的长度与宽度的平均纵横比。

催化剂层可以接触所述多个棒的至少一部分。

第一涂覆材料可以包括比铂系金属便宜的第一金属。

在另一实施例中，所述催化剂组件还包括设置在催化剂层和第一中间层之间的第二中间层，第二中间层包括具有比催化剂材料高的表面能量的第二涂覆材料。在特定情况下，第一涂覆材料具有比第二涂覆材料高的表面能量。

第二涂覆材料可以包括第二金属，第二金属比第一涂覆材料中的第一金属贵。

所述催化剂层可以包括催化剂材料的沿厚度尺寸的多个原子层，所述多个原子层包括催化剂材料的第一原子层、催化剂材料的第二原子层以及催化剂材料的设置在第一原子层和第二原子层之间的多个中间原子层，原子层的总数为2个至50个原子层。

所述多个原子层可以具有不大于30纳米的总厚度。

基板可以包括有机材料。

基板可以基本上不含任何金属，当意外地包含金属时，金属小于5重量%。

第一中间涂层和第二中间涂层中的至少一个可以包括金属氧化物。

第一中间涂层和第二中间涂层中的至少一个可以包括金属氮化物。

基体和棒可以彼此成为一体。

在另一实施例中，一种催化剂组件包括：基板；催化剂层，包括催化剂材料；第一中间层，设置在基板和催化剂层之间并包括第一涂覆材料，第一涂覆材料具有比催化剂材料高的表面能量；以及第二中间层，设置在催化剂层和第一中间层之间，第二中间层包括第二涂覆材料，第二涂覆材料具有比催化剂材料高的表面能量，第一金属和第二金属中的至少一个比铂系金属便宜。

基板可以包括多个棒，所述多个棒具有大于1的长度与宽度的平均纵横比。

第一涂覆材料可以具有比第二涂覆材料高的表面能量。

基板可以基本上不含任何金属，当意外地包含金属时，金属小于5重量%。

基体和棒可以彼此成一体。

在又一实施例中，一种燃料电池包括：基板，包括基体和从基体延伸的多个棒，所述多个棒具有大于1的长度与宽度的平均纵横比，基板基本上不含任何金属，当意外地包含金属时，金属小于5重量%；催化剂层，包括催化剂材料；第一中间层，设置在基板和催化剂层之间，接触所述多个棒的至少一部分并包括第一涂覆材料，第一涂覆材料具有比催化剂材料高的表面能量；以及第二中间层，设置在催化剂层和第一中间层之间，第二中间层包括第二涂覆材料，第二涂覆材料具有比催化剂材料高的表面能量，第一金属和第二金属中的至少一个比铂系金属便宜。

附图说明

图1示意性地描绘出根据一个或多个实施例的包括催化剂层的电极组件；

图2A示意性地描绘出包括在图1的催化剂层中的基板的放大局部图；

图2B示意性地描绘出图2A的催化剂层的放大剖视图；

图2C示意性地描绘出图2B的催化剂层的放大剖视图；

图3示意性地描绘出图2B的催化剂层的可选视图；

图4A和图4B示意性地描绘出图3的催化剂层的可选视图；

图5A和图5B示意性地描绘出在一个或多个中间涂层之前和之后的图2A的基板上的特征。

具体实施方式