專利名稱：提升觸媒利用率的組合物、復(fù)合體與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提升燃料電池觸媒利用率的組合物與方法，特別是一種通過添加一耦合劑以鍵結(jié)觸媒與高分子而形成一復(fù)合體，并利用觸媒漿料的原有的必然成分高分子氟化物形成穩(wěn)定分散，以提升燃料電池觸媒利用率的組合物與方法。
背景技術(shù)：
燃料電池(Fuel Cell)由于具備高轉(zhuǎn)化效率、無污染以及補(bǔ)充燃料快速等特點(diǎn)，是未來解決能源問題及環(huán)境污染最可行的方法的一。直接加入甲醇做為燃料的直接甲醇燃料電池(DMFC)，在攜帶式電子產(chǎn)品的應(yīng)用上具發(fā)展?jié)摿Α?br>
目前燃料電池技術(shù)的發(fā)展中，只有貴重金屬Pt為最適合的觸媒，然而，Pt是所有材料中唯一無法經(jīng)由人工合成制造的，因此，預(yù)計(jì)Pt將是影響量產(chǎn)的關(guān)鍵成本?？刂朴|媒漿料的分散，以提升觸媒的有效被利用率，是燃料電池在未來市場(chǎng)上能否具有競(jìng)爭力的關(guān)鍵所在。
燃料電池至今仍無法全面商業(yè)化的原因，在于其實(shí)用性以及成本上的問題，其中觸媒使用效率不彰是最主要的因素之一。目前全世界在燃料電池制造技術(shù)的開發(fā)上，均無法有效提升觸媒利用率，隨著Nafion專利到期在即，以及其它薄膜推陳出新將使薄膜價(jià)格降低，預(yù)期未來商業(yè)化的主要考量將在于如何提升觸媒利用率以減少使用量。
燃料電池中的燃料與氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)速率甚低，因此需要陽極觸媒與陰極觸媒催化加速反應(yīng)。以高分子電解質(zhì)燃料電池為例，基本電極模塊有五層結(jié)構(gòu)，中心為傳導(dǎo)氫離子的高分子膜，兩旁各為陽極觸媒層以及陰極觸媒層，最外層為燃料氣體擴(kuò)散層以及氧氣擴(kuò)散層。觸媒層的構(gòu)造較為復(fù)雜，主要電化學(xué)變化皆在此產(chǎn)生，根據(jù)圖1直接甲醇燃料電池反應(yīng)示意圖所示，觸媒除了要具有催化活性表面外；反應(yīng)物、生成物、電子及質(zhì)子的輸送通道還需暢通，才能成為有效被利用的觸媒，順利將化學(xué)能順利轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?；若觸媒的設(shè)計(jì)與制造不良，質(zhì)子通道無法暢通，則燃料電池即無法產(chǎn)生高電流，效率也會(huì)降低。觸媒層夾在高分子膜與氣體擴(kuò)散層之間，其制造方法是先將適量觸媒與高分子膜的溶液均勻混合，此混合亦稱之為觸媒漿料，漿料可涂于氣體擴(kuò)散層或高分子膜上。
公知觸媒漿料的組成主要有觸媒(PtRu、Pt)、高分子氟化物(例如perfluorosulfonate ionomer，PFSI，或Nafion)、以及溶劑。一般而言，PFSI在觸媒漿料中扮演質(zhì)子傳導(dǎo)基以及黏著劑的角色；然而，觸媒漿料的固含量高達(dá)20～40％，且觸媒比重較大因此容易發(fā)生粒子碰撞而凝集，加上PFSI與觸媒之間的極性差異大，易各自聚集產(chǎn)生沉降現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致質(zhì)子通道阻塞，觸媒有效被利用率大幅下降。要提升觸媒漿料使用效率，需從根本的控制漿料分散性來著手，使得PFSI在觸媒漿料中除了扮演質(zhì)子傳導(dǎo)基以及黏著劑的角色外，更進(jìn)一步作為漿料的分散劑，因此，一方面需考慮PFSI于溶劑中的溶解特性，另一方面亦需考慮觸媒與PFSI間的作用關(guān)系。但由于PtRu觸媒的表面電位為負(fù)值，而PFSI解離后也帶負(fù)電，因此觸媒與PFSI間由于電荷排斥使得吸附性大大降低。
為改善上述觸媒與高分子之間各自聚集的現(xiàn)象以達(dá)成均勻分散的目標(biāo)，一方面需避免觸媒彼此聚集造成表面積減少，應(yīng)使觸媒盡量分散使觸媒裸露的活性表面積增多；另一方面需使高分子盡量覆蓋在觸媒表面使得質(zhì)子傳導(dǎo)路徑能夠暢通，才能進(jìn)一步提升觸媒有效被利用率。過去關(guān)于調(diào)配觸媒漿料時(shí)的研究僅考慮在設(shè)備外加分散能量、調(diào)整溶劑種類與黏度、調(diào)整高分子與溶劑間的溶解性或是使用界面活性劑，但并未考慮到高分子與觸媒粒子間的吸附性所面臨的問題包括(1)觸媒粒子容易因聚集且排開高分子；(2)涂布/干燥過程發(fā)生相分離及龜裂；由于解決高分子與觸媒的吸附性才是解決問題的根本，因此從高分子與觸媒分子之間的作用力，以解決觸媒利用率低落的問題成為一值得研究的課題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過導(dǎo)入一耦合劑于觸媒漿料中，使耦合劑-觸媒-高分子間形成一復(fù)合體，通過提升觸媒與高分子之間的分散性與吸附性，改善傳統(tǒng)觸媒漿料中高分子與觸媒各自聚集的缺點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)成本發(fā)明提升觸媒利用率的目的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種提升燃料電池觸媒利用率的組合物，主要是加入一耦合劑于傳統(tǒng)觸媒漿料中，利用耦合劑與漿料中觸媒及高分子形成一復(fù)合體，穩(wěn)定分散于觸媒漿料中，可提升觸媒的利用率。
本發(fā)明的又一目的是提供一種提升燃料電池觸媒利用率的方法，可使觸媒漿料中的觸媒與高分子之間的分散性與吸附性提升，以利后續(xù)電極模塊的制造。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，該復(fù)合體是由一觸媒-耦合劑-質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子所組成，其中所述耦合劑是以一官能基B1與所述觸媒鍵結(jié)，并以一官能基B2與所述質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子鍵結(jié)以形成一復(fù)合體。
所述官能基B1包含硅烷基、硅氧烷基、碳酸基、磷酸基或硼酸基，官能基B2為環(huán)氧基或氨基。其中所述鍵結(jié)方式可為共價(jià)鍵結(jié)或非共價(jià)鍵結(jié)。又，所述耦合劑較佳為γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)或氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)。又，所述觸媒為過渡金屬及其化合物，較佳為PtRu或Pt(鉑)。又，所述高分子氟化物為全氟系磺酸化離子高分子或(PSFI)或Nafion。
本發(fā)明另提供一種提升燃料電池觸媒利用率的組合物，包含觸媒；質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子；以及耦合劑。其中所述觸媒與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子的重量比值為10-1000，所述觸媒與耦合劑的重量比值為0.1-100；且其中所述耦合劑以一官能基B1與所述觸媒鍵結(jié)，并以一官能基B2與所述質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子鍵結(jié)。
所述官能基B1包含硅烷基、硅氧烷基、碳酸基、磷酸基或硼酸基；官能基B2包含環(huán)氧基或氨基。所述耦合劑較佳為γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)或氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)。觸媒為過渡金屬及其化合物，較佳為PtRu或Pt(鉑)。所述質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子為高分子氟化物，較佳為全氟系磺酸化離子高分子(PSFI)或Nafion。此外，所述鍵結(jié)方式可為共價(jià)鍵結(jié)或非共價(jià)鍵結(jié)。
所述觸媒可進(jìn)一步與一載體結(jié)合，所述載體與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子鍵結(jié)，其中所述載體包含碳、鈦、金、銀或銅。
所述觸媒與耦合劑的重量比值為10-200，最佳為50。觸媒與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子的重量比值較佳為1-20，最佳為4。需注意所述組合物只為觸媒漿料的一部分，因此該組合物的比例不受到觸媒漿料中其它物質(zhì)比例的限制。
本發(fā)明的組合物可進(jìn)一步包含一溶劑，例如醋酸丁酯(nBA)、乙烯甘油(EG)或甘油。
本發(fā)明另提供一種提升燃料電池觸媒利用率的方法，包含(a)將觸媒以超音波打散；(b)加入耦合劑與所述觸媒產(chǎn)生鍵結(jié)；以及(c)加入高分子氟化物與耦合劑產(chǎn)生鍵結(jié)形成一觸媒-耦合劑-高分子氟化物的復(fù)合體，以形成穩(wěn)定分散。所述耦合劑以一官能基B1與觸媒鍵結(jié)，并以一官能基B2與高分子氟化物鍵結(jié)。
所述步驟(b)的觸媒是經(jīng)由其表面的-OH基與所述耦合劑鍵結(jié)。使所述觸媒表面帶-OH基的方式是可進(jìn)一步于所述步驟(b)前添加一氧化劑氧化觸媒表面或?qū)⒂|媒通水蒸氣；或是氧氣氧化觸媒表面；或?qū)⒂|媒置于空氣中自然氧化而形成；或是任何其它達(dá)到相同效果的方式皆可。
本發(fā)明的方法中，官能基B1包含硅烷基、硅氧烷基、碳酸基、磷酸基或硼酸基，官能基B2為環(huán)氧基或氨基。其中所述鍵結(jié)方式可為共價(jià)鍵結(jié)或非共價(jià)鍵結(jié)。
所述步驟(a)中的觸媒為過渡金屬及其化合物，較佳為PtRu、Pt(鉑)；觸媒可進(jìn)一步與一載體例如碳、金、銀、銅、鈦結(jié)合，載體亦與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子鍵結(jié)。所述步驟(b)中的耦合劑為γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)或氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)。所述步驟(c)中的高分子氟化物為全氟系磺酸化離子高分子(PSFI)或Nafion。
本發(fā)明的方法中，觸媒與耦合劑的重量比值為10-1000，更佳為10-200，最佳為50。觸媒與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子的重量比值為0.1-100，更佳為1-20，最佳為4。
圖1為直接甲醇燃料電池陽極與陰極反應(yīng)示意圖。
圖2為本發(fā)明的一種實(shí)施態(tài)樣示意圖。
圖3利用本發(fā)明的組合物提升燃料電池觸媒利用率的示意圖。
圖4利用本發(fā)明的組合物使觸媒均勻分散的示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例一中的電極制備流程圖。
圖6為本發(fā)明觸媒漿料DLS的粒徑分布圖。
圖7為本發(fā)明半電池的電壓-電流密度(V-I)以及功率-電流密度(P-I)關(guān)系圖。
圖8為使用本發(fā)明觸媒漿料以及傳統(tǒng)觸媒漿料的電壓-電流密度(V-I)以及功率-電流密度關(guān)系圖(P-I)。
1 觸媒
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，該復(fù)合體是由一觸媒-耦合劑-質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子所組成。本發(fā)明耦合劑與觸媒及質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子的結(jié)合關(guān)系可參考圖2，其為本發(fā)明的其中一種實(shí)施態(tài)樣，圖2中B部分是指一耦合劑，其中耦合劑以一官能基B1與所述觸媒鍵結(jié)，即圖中A部分所示，并以一官能基B2與所述質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子(例如高分子氟化物或Nafion)，即圖中C部分鍵結(jié)。所述觸媒可為PtRu、Pt(鉑)或其它具有催化活性的物質(zhì)。本發(fā)明的另一種實(shí)施態(tài)樣為所述觸媒可進(jìn)一步與一載體結(jié)合，該載體包含碳、鈦、金、銀或銅。
本發(fā)明的觸媒-耦合劑-質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子所組成的復(fù)合體彼此之間可形成穩(wěn)定的立體排斥作用，以解決觸媒粒子的聚集而減少反應(yīng)表面積的問題；此外，本發(fā)明的復(fù)合體的形成也可避免高分子之間彼此吸附聚集，導(dǎo)致無法均勻覆蓋觸媒的現(xiàn)象，無論觸媒漿料在后續(xù)制造過程(涂布、干燥與熱壓)中是否產(chǎn)生沉降及聚集，由于質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子已被固定在觸媒表面，反應(yīng)仍舊可以進(jìn)行。因此，本發(fā)明所開發(fā)的觸媒-耦合劑-質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子所組成的復(fù)合體可使觸媒盡量分散、觸媒裸露的活性表面積增多；另一方面可使高分子盡量覆蓋在觸媒表面使得質(zhì)子傳導(dǎo)路徑能夠暢通，因而觸媒有效提升觸媒被利用率。
再者，本發(fā)明是提供一提升燃料電池觸媒利用率的組合物，包含觸媒；質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子；以及耦合劑。所述觸媒與耦合劑的重量比值為10-1000，更佳為10-200，最佳為50。觸媒與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子的重量比值為0.1-100，更佳為1-20，最佳為4。所述觸媒、質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子以及耦合劑是可形成一復(fù)合體，結(jié)構(gòu)如前所述。
本發(fā)明另提供一種提升燃料電池觸媒利用率的方法，根據(jù)圖3所示，首先使觸媒1表面形成均勻的OH，形成的方式可通水蒸氣或是氧氣，或使用過氧化氫處理，甚至置于空氣中使OH自然形成。接著加入耦合劑例如APTMS或GPTMS，以進(jìn)行脫醇縮合反應(yīng)產(chǎn)生鍵結(jié)。最后，加入全氟系磺酸化離子高分子(PFSI)，與耦合劑產(chǎn)生鍵結(jié)以形成一觸媒-耦合劑-全氟系磺酸化離子高分子復(fù)合體。根據(jù)圖4，上述復(fù)合體會(huì)形成一立體排斥作用，以避免觸媒1粒子的凝聚，且無論觸媒粒子被分散或凝聚，此觸媒皆能成為有效的觸媒于燃料電池中被充分利用。此外，本發(fā)明的方法可形成穩(wěn)定分散的復(fù)合體，因此可均勻涂布于氣體擴(kuò)散層或高分子膜上，相較于公知的觸媒漿料涂布技術(shù)，本發(fā)明的方法具有不受涂布或干燥制造過程影響觸媒分散性的優(yōu)點(diǎn)。
以下是提供利用本發(fā)明的實(shí)施例，然本實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍，當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
實(shí)施例一、以本發(fā)明的方法制備電極利用本發(fā)明的提升燃料電池觸媒利用率的方法以制備電極的流程如圖5所示。首先，分別將Pt及耦合劑GPTMS用超音波分散于nBA中，形成Pt/nBA及GPTMS/nBA，并依Pt∶GPTMS＝100∶2的比例混合Pt/nBA及GPTMS/nBA，加熱至80℃再以超音波打散。接著，依Pt∶Nafion＝4∶1的比例加入Nafion/EG，以超音波使反應(yīng)后的Pt-GPTMS/EG沉淀于下方EG中，上層液則為多余的GPTMS，將多余的GPTMS分離去除后，再加熱至80℃并用超音波打散，以取得產(chǎn)物Pt-GPTMS-Nafion/EG。最后，將所述產(chǎn)物進(jìn)行電極制造過程，并將制備得的電極進(jìn)一步制備成薄膜電極模塊(MEA)。
實(shí)施例二、觸媒漿料DLS測(cè)試將實(shí)施例一中所制成的組合物，使用動(dòng)態(tài)光散射儀(Dynamic LightScattering，DLS)測(cè)量漿料的粒徑。
根據(jù)圖6，當(dāng)溶劑為水時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)加入耦合劑的漿料(Coupling Agent)比未加入耦合劑的漿料(Previous Method)，其分析數(shù)值由粒徑較大處往粒徑較小處偏移。此乃因?yàn)轳詈蟿┡c觸媒鍵結(jié)后可使觸媒均勻分散，使得分布的粒徑相較于未加入耦合劑的觸媒小，而未加入耦合劑的觸媒由于其彼此間會(huì)聚集導(dǎo)致粒子變大。由此可知，本發(fā)明通過加入耦合劑，的確可使觸媒均勻分散，使得觸媒裸露的活性表面積增多以增加作用的表面積。
實(shí)施例三、半電池測(cè)試將根據(jù)實(shí)施例一的方式所處理的PtRu/black陽極漿料制成陽極電極，之后在40℃的10％MeOH以及0.5M的H2SO4中，進(jìn)行半電池氧化反應(yīng)測(cè)試。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7，可發(fā)現(xiàn)電壓在0.6V時(shí)，加入GPTMS的陽極漿料比起未加入GPTMS的一陽極漿料，其電流密度在GPTMS-H form電極提升約60％，而GPTMS-K form電極則提升約50％。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，加入耦合劑的觸媒漿料的確可以促進(jìn)觸媒的利用率，以增進(jìn)燃料電池的效能。
實(shí)施例四、全電池測(cè)試將實(shí)施例一中所制成的薄膜電極模塊(MEA)，于10％MeOH與空氣中進(jìn)行放電測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。
觀察圖8中加入耦合劑的漿料制備成MEA(陽極觸媒用量PtRu 3.3mg/cm2，陰極觸媒用量PtRu 4.2mg/cm2)的功率-電流曲線(Coupling Agent P-I)，可以發(fā)現(xiàn)40℃下的放電效能約為41mW/cm2，而傳統(tǒng)觸媒漿料所制備成MEA(陽極觸媒用量PtRu 3.8mg/cm2，陰極觸媒用量PtRu 4.3mg/cm2)的功率-電流曲線(Previous Method P-I)，僅為35W/cm2，顯示本發(fā)明的觸媒漿料相較于傳統(tǒng)燃料電池所使用的觸媒量，本發(fā)明可以較少觸媒達(dá)到較高的放電效能。
實(shí)施例五、觸媒有效利用率測(cè)試將根據(jù)實(shí)施例一的方式處理成Pt black陰極漿料，并制作成陰極電極，接著與陽極和Nafion112熱壓組成MEA。接著于40℃中，陽極通氫氣與陰極通氮?dú)獾臈l件下，進(jìn)行循環(huán)伏安分析。之后根據(jù)以下公式計(jì)算觸媒有效被利用率Utilization=Q(mCcm2)0.22(mCcm2)×CatalystLoading(mgcm2)×CO-BEF(cm2mg)×100%]]>
實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表一所示，未以本發(fā)明的組合物所處理的觸媒，其觸媒利用率僅48.116％，而以本發(fā)明的組合物處理的觸媒，其利用率則達(dá)到51.329％。進(jìn)一步當(dāng)電壓輸出值提升為20mV/sec，則未以本發(fā)明的組合物所處理的觸媒，其觸媒利用率僅47.712％，但以本發(fā)明的組合物處理的觸媒，其利用率則達(dá)到54.855％。由本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可證實(shí)，以本發(fā)明的組合物處理的觸媒，其觸媒利用率明顯提升。
表一、MEA觸媒利用率
綜上所述，本發(fā)明組合物所添加的耦合劑確實(shí)可以改善高分子與觸媒之間的吸附與均勻分散。本發(fā)明的方法一方面可利用耦合劑處理觸媒表面，以形成穩(wěn)定的立體排斥作用，避免觸媒粒子的凝聚。另一方面，無論觸媒粒子被分散或凝聚，均能成為有效的觸媒，因此可提升觸媒的有效被利用率，進(jìn)而降低電池制造成本。此外，本發(fā)明還具有不受涂布/干燥制造過程而影響分散性的特性，進(jìn)一步可減少觸媒層間全氟系磺酸化離子高分子的使用量，降低燃料電池制造成本。另外，本發(fā)明可提升觸媒單位體積的有效活性面積，有利于消耗甲醇(陽極)及抵抗甲醇混合所造成的影響(陰極)；另一方面本發(fā)明還可利用固定觸媒粒子(無論利用載體與否)的方式，以避免在反應(yīng)中進(jìn)行顆粒成長。
上述具體實(shí)施方式
僅用以說明本發(fā)明，而非限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，其特征在于，該復(fù)合體是由一觸媒-耦合劑-質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子所組成，其中所述耦合劑是以一官能基B1與所述觸媒鍵結(jié)，并以一官能基B2與所述質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子鍵結(jié)以形成一復(fù)合體。
2.如權(quán)利要求1所述的提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，其特征在于，所述官能基B1包含硅烷基、硅氧烷基、碳酸基、磷酸基或硼酸基。
3.如權(quán)利要求1所述的提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，其特征在于，所述官能基B2包含環(huán)氧基或氨基。
4.如權(quán)利要求1所述的提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，其特征在于，所述耦合劑為γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷或氨丙基三甲氧基硅烷。
5.如權(quán)利要求1所述的提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，其特征在于，中前述觸媒為過渡金屬或其化合物。
6.如權(quán)利要求5所述的提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，其特征在于，中前述觸媒為PtRu或鉑。
7.如權(quán)利要求1所述的提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，其特征在于，所述觸媒可進(jìn)一步與一載體結(jié)合，且所述載體與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子鍵結(jié)。
8.如權(quán)利要求7所述的提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，其特征在于，所述載體包含碳、鈦、金、銀或銅。
9.如權(quán)利要求1所述的提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，其特征在于，所述質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子為高分子氟化物。
10.如權(quán)利要求9所述的提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，其特征在于，所述高分子氟化物為全氟系磺酸化離子高分子或Nafion。
11.如權(quán)利要求1所述的提升燃料電池觸媒利用率的復(fù)合體，其特征在于，所述鍵結(jié)方式可為共價(jià)鍵結(jié)或非共價(jià)鍵結(jié)。
12.一種提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，包含觸媒；質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子；以及耦合劑；其中所述觸媒與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子的重量比值為0.1-100，所述觸媒與耦合劑的重量比為10-1000；以及其中所述耦合劑以一官能基B1與所述觸媒鍵結(jié)，并以一官能基B2與所述質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子鍵結(jié)。
13.如權(quán)利要求12所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述官能基B1包含硅烷基、硅氧烷基、碳酸基、磷酸基或硼酸基。
14.如權(quán)利要求12所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述官能基B2包含環(huán)氧基或氨基。
15.如權(quán)利要求12所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述耦合劑為γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷或氨丙基三甲氧基硅烷。
16.如權(quán)利要求12所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述觸媒為過渡金屬或其化合物。
17.如權(quán)利要求16所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述觸媒為PtRu或鉑。
18.如權(quán)利要求12所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述觸媒可進(jìn)一步與一載體結(jié)合，且所述載體與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子鍵結(jié)。
19.如權(quán)利要求18所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述載體包含碳、鈦、金、銀或銅。
20.如權(quán)利要求12所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子為高分子氟化物。
21.如權(quán)利要求20所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述高分子氟化物為全氟系磺酸化離子高分子或Nafion。
22.如權(quán)利要求12所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述鍵結(jié)方式可為共價(jià)鍵結(jié)或非共價(jià)鍵結(jié)。
23.如權(quán)利要求12所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述觸媒與耦合劑的重量比值為10-200。
24.如權(quán)利要求23所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述觸媒與耦合劑的重量比值為50。
25.如權(quán)利要求12所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述觸媒與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子的重量比值為1-20。
26.如權(quán)利要求25所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述述觸媒與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子的重量比值為4。
27.如權(quán)利要求12所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述組合物可進(jìn)一步包含一溶劑。
28.如權(quán)利要求27所述的提升燃料電池觸媒利用率的組合物，其特征在于，所述溶劑為醋酸丁酯、乙烯甘油或甘油。
29.一種提升燃料電池觸媒利用率的方法，其特征在于，包含(a)將觸媒以超音波打散；(b)加入耦合劑與所述觸媒產(chǎn)生鍵結(jié)；以及(c)加入高分子氟化物與所述耦合劑產(chǎn)生鍵結(jié)形成一觸媒-耦合劑-高分子氟化物復(fù)合體，以形成穩(wěn)定分散；其中所述步驟(b)中的耦合劑以一官能基B1與觸媒鍵結(jié)，并以一官能基B2與高分子氟化物鍵結(jié)。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，可進(jìn)一步于所述步驟(b)前添加一氧化劑氧化觸媒表面。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述官能基B1包含硅烷基、硅氧烷基、碳酸基、磷酸基或硼酸基。
32.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述官能基B2包含環(huán)氧基或氨基。
33.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述步驟(b)中的耦合劑為γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷或氨丙基三甲氧基硅烷。
34.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)中的觸媒為過渡金屬或其化合物。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)中的觸媒為PtRu或鉑。
36.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)中的觸媒可進(jìn)一步與一載體結(jié)合，且所述載體與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子鍵結(jié)。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其特征在于，所述步驟(a)中的載體包含碳、鈦、金、銀或銅。
38.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述步驟(c)中的高分子氟化物為全氟系磺酸化離子高分子或Nafion。
39.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述鍵結(jié)方式可為共價(jià)鍵結(jié)或非共價(jià)鍵結(jié)。
40.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述觸媒與耦合劑的重量比值為10-1000。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述觸媒與耦合劑的重量比值為10-200。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述觸媒與耦合劑的重量比值為50。
43.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述觸媒與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子的重量比值為0.1-100。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其特征在于，所述觸媒與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子的重量比值為1-20。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，所述觸媒與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子的重量比值為4。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提升燃料電池觸媒利用率的組合物，包含觸媒、質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子以及耦合劑；耦合劑以一官能基B1與觸媒或觸媒載體鍵結(jié)，并以一官能基B2與質(zhì)子傳導(dǎo)離子高分子鍵結(jié)。本發(fā)明亦提供一種提升燃料電池觸媒利用率的方法，包含(a)將觸媒以超音波打散；(b)加入耦合劑與觸媒產(chǎn)生鍵結(jié)；以及(c)加入高分子氟化物再與耦合劑產(chǎn)生鍵結(jié)，形成一觸媒－耦合劑－高分子氟化物的復(fù)合體，以形成穩(wěn)定分散；其中步驟(b)中的耦合劑以一官能基B1與觸媒鍵結(jié)，并以一官能基B2與高分子氟化物鍵結(jié)。
文檔編號(hào)B01J32/00GK101093889SQ200610093080
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月20日
發(fā)明者吳富其, 蔡麗端, 薛康琳, 雍敦元, 黃秋萍, 張嵩駿 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院