[发明专利]氧还原反应催化剂

说明书

技术领域

本公开涉及一种铂基氧还原催化剂。

背景技术

耐久的、高活性的氧还原反应(ORR)催化剂是开发质子交换膜燃料电池(PEMFC)车辆的重要候选者。许多年来，已知的是铂(Pt)基(基于铂的)颗粒能够用作氧还原催化剂。在过去的几十年中，改善ORR的耐久性和增强反应活性的方法是世界范围的研究重点。

发明内容

本发明通过在至少一个实施例中提供氧还原反应催化剂和用于制造所述催化剂的方法来解决现有技术的一个或更多个问题。所述催化剂包括石墨化碳基底，非晶金属氧化物层叠置(设置)在该基底的表面上。非晶金属氧化物层具有蠕虫状结构。催化剂叠置在金属氧化物层上。

在另一实施例中，提供一种包括铂的氧还原反应催化剂。所述催化剂包括基底，非晶金属氧化物层叠置在该基底的表面上。非晶金属氧化物层具有蠕虫状结构。具有结晶的二维连接的膜结构的铂催化剂层叠置在金属氧化物层上。

基底包括具有纳米颗粒的石墨化碳。

非晶金属氧化物层包括氧化铌材料。

氧化铌材料具有从5埃至500埃范围的厚度。

催化剂包括铂。

催化剂具有从10埃至50埃范围的厚度。

在另一实施例中，提供一种形成氧还原反应催化剂的方法。所述方法包括：将金属氧化物沉积到基底上以形成具有导电的、非结晶的蠕虫状结构的金属氧化物层；以及将具有二维连接结构的结晶的铂膜沉积到金属氧化物层上以形成氧还原反应催化剂。

沉积结晶的铂膜的步骤包括：通过真空沉积技术来沉积结晶的铂膜。

真空沉积技术为物理气相沉积。

沉积结晶的铂膜的步骤包括：溅射铂靶以形成结晶的铂膜。

沉积结晶的铂膜的步骤在基底和金属氧化物层的界面处形成铂膜。

附图说明

图1是根据一个实施例的包含非晶金属氧化物层的薄膜铂基氧还原催化剂的片断的示意性剖视图；

图2A是示出具有石墨基底的金属氧化物层的蠕虫状结构的扫描电子显微镜图像；

图2B是示出在具有石墨化碳基底的蠕虫状金属氧化物层上的Pt的结构的扫描电子显微镜图像；

图3A是根据一个实施例的金属氧化物层的X射线衍射图案；

图3B是根据一个实施例的ORR催化剂的X射线衍射图案；

图4A是根据一个实施例的在基底上叠置(设置)金属氧化物层的催化剂的示意性俯视图；

图4B是根据一个实施例的在基底上叠置金属氧化物层的催化剂的示意性侧视图；

图4C是根据一个实施例的在基底上叠置金属氧化物层的催化剂的扩展俯视图；

图5是根据一个实施例的作为循环次数的函数的ECSA性能的曲线；

图6是根据一个实施例的作为循环次数的函数的氧还原反应活性损失的图；

图7是根据一个实施例的制造Pt基氧还原反应催化剂的方法中的步骤的示意图。

具体实施方式

现在，将详细地参考本发明的实施例和方法，这些实施例和方法构成了发明人目前已知的实践本发明的最佳方式。附图不一定按照比例绘出。然而，要理解的是，所公开的实施例仅是可以以各种可替换的形式实施的本发明的示例。因此，这里公开的具体细节不应被理解为限制，而仅作为针对本发明的任何方面的代表性基础和/或用于教导本领域技术人员以各种方式应用本发明的代表性基础。

除了在示例中，或另有明确说明，在描述本发明的最宽广的范围时，要理解为由词语“大约”来修饰在本说明书中表示材料的量或反应条件和/或使用条件的所有数量。此外，除非明确做出相反陈述，否则百分比、“…的一部分”以及比值是按重量计；适合于本发明相关的给定目的或对于给定目的优选的一组或一类材料的描述，意味着该组或该类中的任意两个或更多个成员的混合物等同地适合或优选；用化学术语进行的成分的描述指的是添加到说明书中指明的任意组合时的成分，并且不一定排除一旦混合后混合物的成分之间的化学相互作用；首字母缩略词或其他缩写的第一定义适用于同样缩写的本文所有后续使用；以及，除非明确做出相反陈述，否则通过与前面或后面对于同一性质提及的技术相同的技术来确定性质的测量。

还将理解的是，因为特定的组件和/或条件当然可以变化，所以本发明不局限于如下描述的特定实施例和方法。此外，在此使用的术语仅被用于描述本发明的具体实施例的目的，而不意图以任何方式成为限制。