專利名稱：含氮化合物修飾的金屬催化劑組合物及其膜電極組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種催化劑及一種膜電極組，特別涉及一種應用于燃料電池的金屬催化劑及膜電極組。
背景技術：
由于對潔凈能源的需求，燃料電池已經(jīng)相當普遍地量產(chǎn)使用于工業(yè)、住宅、交通運輸?shù)炔煌I域。直接甲醇燃料電池(Direct methanol fuel cell ；DMFC)，也稱之為微型燃料電池。直接甲醇燃料電池將甲醇氣體轉換為電能，提供方便攜帶的電能，從而使手提電腦或其他掌上電子裝置擁有更長的使用時間。一般而言，在直接甲醇燃料電池裝置中，若甲醇滲透至陰極會造成陰極催化劑毒化，同時，直接甲醇燃料電池存在陽極過電位(over-potential)的問題，導致放電電壓降低以及活性衰退，特別是當以高濃度的甲醇做為燃料時更為顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是關于一種含氮化合物修飾的金屬催化劑，利用含氮化合物中氮的孤電子對(lone pair)與金屬催化劑d軌域進行配位，占據(jù)金屬催化劑與一氧化碳(CO)結合之位置，并有效的分散催化劑，從而增加催化劑的電化學表面積(Electochemical SurFace Active Area, ECSA)，因此作為陰極催化劑，可防止催化劑被毒化，作為陽極催化劑，則有降低其反應過電位的效果。此外，金屬催化劑結合含氮化合物后，其立體位阻增加，從而改善催化劑粒子的分散，提高反應活性。本發(fā)明的第二目的在于提供一種可應用于燃料電池的膜電極組，該膜電極組使用本發(fā)明的含氮化合物修飾的金屬催化劑作為電極催化劑，從而實現(xiàn)了防止催化劑被毒化、 降低反應過電位及提高反應活性的效果為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術方案?！N催化劑組合物，可應用于電極表面，該催化劑組合物包含一金屬催化劑以及一含氮化合物，其中該含氮化合物為一具有取代基或無取代基的五元含氮雜環(huán)。進一步地，該含氮化合物為一具有取代基或無取代基的不飽和五元含氮雜環(huán)。進一步地，該含氮化合物具有以下列通式(I)示意的化學結構
權利要求
1. 一種催化劑組合物，可應用于電極表面，其特征在于，該催化劑組合物包含一金屬催化劑以及一含氮化合物，其中該含氮化合物為一具有取代基或無取代基的五元含氮雜環(huán)。
2.如權利要求1所述的催化劑組合物，其特征在于該含氮化合物為一具有取代基或無取代基的不飽和五元含氮雜環(huán)。
3.如權利要求1所述的催化劑組合物，其特征在于該含氮化合物具有以下列通式(I) 示意的化學結構
4.如權利要求1所述的催化劑組合物，其特征在于該含氮化合物具有以下列通式(II) 示意的化學結構
5.如權利要求1所述的催化劑組合物，其特征在于該含氮化合物是選自于下列包含吡咯、吡咯啉、咪唑、咪唑啉及三唑類化合物及其衍生物的組群。
6.如權利要求5所述的催化劑組合物，其特征在于該含氮化合物是N-甲基呲咯、1，2， 3-三唑、1，2，4-三唑、2甲基-2-咪唑啉或2，4-雙甲基-2-咪唑啉。
7.如權利要求1所述的催化劑組合物，其特征在于該金屬催化劑為純金屬催化劑或具有載體的金屬催化劑。
8.如權利要求1所述的催化劑組合物，其特征在于該金屬催化劑與該含氮化合物的重量比范圍約為1 2至25 1。
9.一種可應用于燃料電池的膜電極組，其特征在于，包括具有質子傳導性的一高分子膜；分別位于該高分子膜兩側的一陰極催化劑層與一陽極催化劑層；以及分別位于該陰極催化劑層與該陽極催化劑層上的兩氣體擴散層，其中該陰極催化劑層與該陽極催化劑層中的至少一個是由包括一金屬催化劑以及一含氮化合物的一催化劑組合物所構成，該含氮化合物為一具有取代基或無取代基的五元含氮雜環(huán)。
10.如權利要求9所述的可應用于燃料電池的膜電極組，其特征在于該含氮化合物為一具有取代基或無取代基的不飽和五元含氮雜環(huán)。
11.如權利要求9所述的可應用于燃料電池的膜電極組，其特征在于該含氮化合物具有下列通式(I)示意的化學結構
12.如權利要求9所述的可應用于燃料電池的膜電極組，其特征在于該含氮化合物具有下列通式(II)示意的化學結構
13.如權利要求9所述的可應用于燃料電池的膜電極組，其特征在于該含氮化合物是選自于下列包含吡咯、吡咯啉、咪唑、咪唑啉及三唑類化合物及其衍生物的組群。
14.如權利要求13所述的可應用于燃料電池的膜電極組，其特征在于該含氮化合物是 N-甲基呲咯、1，2，3-三唑、1，2，4-三唑、2甲基-2-咪唑啉或2，4-雙甲基-2-咪唑啉。
15.如權利要求9所述的可應用于燃料電池之膜電極組，其特征在于該金屬催化劑為純金屬催化劑或具載體的金屬催化劑。
16.如權利要求9所述的可應用于燃料電池的膜電極組，其特征在于該金屬催化劑與該含氮化合物的重量比范圍約為1 2至25 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有含氮化合物修飾的的金屬催化劑組合物及一種膜電極組，該催化劑組合物可應用于電極表面，包含一金屬催化劑以及一含氮化合物，其中該含氮化合物為一具有取代基或無取代基的五元含氮雜環(huán)，而該膜電極組的陰極催化劑層與陽極催化劑層中的至少一個是由本發(fā)明的具有含氮化合物的催化劑組合物所構成。當該金屬催化劑組合物應用于陰極催化劑時，可有效減少毒化現(xiàn)象，當其應用作為陽極催化劑時，則有降低反應過電位的效果。此外，本發(fā)明的金屬催化劑結合含氮化合物后其立體障礙增加，因此可改善催化劑粒子的分散，從而提高反應活性。
文檔編號H01M4/90GK102569829SQ20101062382
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權日2010年12月29日
發(fā)明者康濟云, 張嵩駿, 林俊男, 蔡麗端, 蔡惠雯 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院