Оксидативна контрола на структурата на порите кај катализаторите поддржани од јаглерод врз основа на PGM - GM
Метод за формирање катализатор поддржан од јаглерод, методот опфатен:
Обезбедување на прв катализатор поддржан од јаглерод кој има метал поддржан од платина-група, поддржан на првата поддршка на јаглерод, а првиот јаглероден потпор има прв среден дијаметар на порите и прва просечна површина; и
Доведување на првиот катализатор поддржан од јаглерод во контакт со гас што содржи кислород на температура помала од околу 250 ° C за предодредено време за формирање на втор катализатор поддржан од јаглерод, а вториот катализатор поддржан од јаглерод е изменета поддршка на јаглерод со втор среден дијаметар на пора и втора просечна површина, при што вториот просечен дијаметар на порите е поголем од првиот просечен дијаметар на пора, и при што втората просечна површина е помала од првата просечна површина.
2. Методот според барањето 1, назначен со тоа, што првиот среден дијаметар на порите е помал од 70 ангстроми и вториот среден дијаметар на пора е поголем од 70 ангстроми.
3. Методот според барањето 1, назначен со тоа, што втората просечна површина е помала од 500 m 2/g.
4. Методот според барањето 1, назначен со тоа, што првата поддршка на јаглерод има прв просечен волумен на порите и изменетата поддршка на јаглерод има втор просечен волумен на порите, а вториот просечен волумен на порите е помал од првиот просечен волумен на порите.
5. Методот според барањето 1, назначен со тоа, што металот од платина група е избран од групата што се состои од Pt, Pd, Au, Ru, Ir, Rh и Os.
6. Методот според барањето 1, назначен со тоа, што првата поддршка на јаглерод е јаглероден прав.
7. Методот според барањето 1, назначен со тоа, што првата поддршка на јаглерод е јаглероден прав.
8. Методот според барањето 1, назначен со тоа, што првата поддршка на јаглерод вклучува честички избрани од групата што се состои од нанороди, наноцевки, нано-нацрти, електрично непроводливи честички, сферични честички и нивни комбинации.
9. Методот според барањето 1, назначен со тоа, што првата поддршка на јаглерод е прашок од јаглерод со висока површина (HSC).
10. Катализатор поддржан од јаглерод подготвен во согласност со процесот од патентното барање 1.
Во барем еден аспект, овој пронајдок се однесува на катализаторски материјали за горивни ќелии со подобрени перформанси.
Горивните ќелии се користат како извор на електрична енергија во многу апликации. Особено, се предлага да се користат горивни ќелии во автомобилите како замена за моторите со внатрешно согорување. За јонски транспорт помеѓу анодата и катодата, често користениот дизајн на горивни ќелии работи со цврста полимерна електролитна мембрана („Цврст полимерен електролит, СПЕ“) или мембрана за размена на протони („Мембрана на размена на протони, ПЕМ“).
Јаглерод-црната голема површина е широко користен како носач за катализатори на горивни ќелии. Во честичките што го формираат, саѓи со голема површина честопати имаат големи количини на внатрешни микропори (15 nm).
Долговечноста на катализаторот, особено во однос на одржувањето високи перформанси, е еден од најголемите предизвици со кои се соочува развојот на технологијата на горивни ќелии за автомобилскиот сектор. Платина или легури на платина, ја губат својата електрохемиска површина поради растворање и последователно зреење на Оствалд и како резултат на миграција на честички и спојување за време на работата. Електрохемиската оксидација на јаглеродната поддршка ја зголемува оваа миграција на честички и последователното губење на перформансите при голема моќност. Оксидацијата на јаглеродната поддршка исто така предизвикува распаѓање на дебелината на електродата и порозноста на електродата, со што се спречува транспортот на реактантите и последователното губење на моќноста. Затоа е вообичаена практика за оние што се вешти во оваа уметност да избегнуваат оксидација на јаглеродната подршка.
Соодветно на тоа, тука има потреба од потрајни системи на катализатори за слоевите на катализаторот на горивните ќелии.
Овој пронајдок решава еден или повеќе од проблемите од претходната уметност, обезбедувајќи, во најмалку едно олицетворение, катализатор поддржан од јаглерод за примена на горивни ќелии. Јаглерод-поддржаниот катализатор вклучува метална група од платина и поддршка на јаглерод со мноштво пори. Плуралноста на порите има просечен дијаметар на порите што е поголем од околу 50 ангстроми. Металот од групата платина е распореден преку јаглеродната подлога или се носи на јаглеродната подлога.
КРАТКО ОПИС НА НАЦРТИТЕ
1 е шематски пресек на горивна ќелија која содржи катализатори поддржани од јаглерод во слоевите на анодата и/или катодата на катодата;
Слика 2 е шематски приказ на оксидација на PGM катализатор поддржан од јаглерод;
3А покажува графикон на губење на тежината за еден час термичка обработка на катализатори поддржани од јаглерод во воздухот;
3Б покажува графикон за губење на тежината за термичка обработка на 230 ° C. како функција на времето за катализатори поддржани со јаглерод во воздухот;
4А е ТЕМ микрограф на катализатор поддржан од платина/кобалт пред термичка обработка во воздух на 250 ° C;
4B е ТЕМ микрограф на катализатор поддржан од платина/кобалт пред термичка обработка во воздух на 250 ° C;
4С покажува микроскопски ТЕМ слики на катализатор поддржан од платина/кобалт по термичката обработка во воздух на 250 ° C;
4D покажува микроскопски TEM слики на катализатор поддржан од платина/кобалт по термичка обработка во воздух на 250 ° C;
Слика 5А е график на апсорбиран волумен нацртан во однос на релативниот притисок за катализаторите поддржани од јаглерод;
Слика 5B е графикон на дериват на јаглероден катализатор на дериват на дијаметарот на порите на волуменот апсорбиран во однос на логаритмот на волуменот на порите;
Слика 5C покажува табела во која се сумираат резултатите од БЕТ за 5А и 5Б; и
Слика 6 покажува графикон на напон на горивни ќелии наспроти густината на струјата за термички обработени и не-термички обработени катализатори поддржани од платина/кобалт.
Сега детално ќе се направи упатување на моментално преферираните композиции, олицетворенија и методи на овој пронајдок, кои ги илустрираат најдобрите режими за практикување на пронајдокот, моментално познат на пронаоѓачите. Бројките не мора да бидат скалирани. Треба да се сфати, сепак, дека обелоденетите олицетворенија се само примерни за пронајдокот, кои можат да бидат отелотворени во разни и алтернативни форми. Затоа, специфичните детали обелоденети овде не треба да се толкуваат како ограничувања, туку само како репрезентативна основа за различните аспекти на пронајдокот или како репрезентативна основа за поучување на оние што се вешти во уметноста за нејзините различни употреби.
Исто така, треба да се разбере дека овој изум не е ограничен на посебните олицетворенија и методи опишани подолу, бидејќи секако може да се разликуваат одредени компоненти или услови. Понатаму, терминологијата што се користи овде е само со цел да се опишат различни олицетворенија на овој пронајдок и на никој начин не може да се земе како ограничувачка.
Исто така, треба да се напомене дека еднинските форми „a“ и „der/die/das“, како што се користат во спецификацијата и приложените побарувања, исто така вклучуваат и множина референца, освен ако контекстот не укажува на поинаку . На пример, упатувањето на компонента во еднина има за цел да опфати мноштво компоненти.
Во друга олицетворение, горенаведените катализатори поддржани од јаглерод се користат во составот на мастило за да формираат катализатор на слоеви на горивни ќелии со методи познати на оние кои се вешти во уметноста на технологијата на горивни ќелии. Во еден олицетворение, составот на мастило вклучува катализатори поддржани од јаглерод во количина од 1 процент до 10 проценти по тежина од вкупната тежина на составот на мастило. Во една олицетворение, составот на мастило вклучува јономери (на пр., Полимер на перфлуоросулфонична киселина како НАФИОН®) во количина од околу 5 проценти до околу 40 проценти по маса на составот на катализаторот. Обично, остатокот од составот на мастилото е растворувач. Корисните растворувачи вклучуваат, но не се ограничени на, алкохоли (на пример, пропанол, етанол и метанол), вода или мешавина од вода и алкохоли. Типично, растворувачите испаруваат на собна температура.
Следните примери ги илустрираат различните олицетворенија на овој пронајдок. Оние што се вешти во оваа уметност ќе препознаат многу варијации во рамките на овој изум и опсегот на тврдењата.
Слика 3А прикажува графикон на губење на тежината за еден час термичка обработка на катализатори поддржани од јаглерод во воздухот. Графиконот покажува помалку од 6 проценти губење на тежината за катализаторите поддржани од платина и катализаторите поддржани од платина/кобалт на температури од околу 100 ° C до околу 250 ° C. Треба да се напомене дека ова губење на тежината вклучува отстранување на апсорбирана вода и испарливи соединенија како што се сурфактанти, и не сите губење на тежината се должат на оксидација на јаглерод. 3Б прикажува графикон за губење на тежината при термичка обработка на 230 ° C. како функција на времето за катализатори поддржани од јаглерод во воздухот. И за катализаторите поддржани од платина и за катализаторите поддржани од платина/кобалт, се забележува значително губење на тежината по 5 часа.
4А-Б прикажува микроскопски ТЕМ слики на катализатор поддржан од платина/кобалт пред термичката обработка во воздух на 250 ° С. 4C-D покажуваат микроскопски TEM слики на катализатор поддржан од платина/кобалт по термичка обработка во воздух на 250 ° C. Микроскопските TEM слики не покажуваат значителна промена по термичката обработка.
5А-Ц ги покажуваат резултатите од тестовите за апсорпција на БЕТ за термички обработени и не-термички обработени катализатори поддржани со јаглерод. 5А е график на апсорбиран волумен нацртан во однос на релативниот притисок. 5B е график на дериватот на волуменот апсорбиран во однос на логаритмот на волуменот на порите, нацртан наспроти дијаметарот на порите. 5C покажува табела во која се сумираат резултатите од БЕТ. Може да се забележи дека со мала промена во тежината на катализаторот (губење на неколку проценти), просечниот дијаметар на пора се зголемува со третманот со оксидација, додека површината се намалува.
6 прикажува графикони на напон на горивни ќелии наспроти густината на струјата за термички обработени и не-термички обработени катализатори поддржани од платина/кобалт. Може да се забележи дека оксидативно модифицираните катализатори имаат подобри високи перформанси. Меѓутоа, ако третманот со оксидација е премногу обемен, тоа може негативно да влијае на перформансите.
Додека примерите за олицетворение се опишани погоре, овие олицетворенија не се наменети да ги опишат сите можни конфигурации на пронајдокот. Наместо тоа, зборовите што се користат во спецификацијата се користат за опис, а не за ограничување. Треба да се сфати дека различни промени може да се направат без да се оддалечиме од духот и обемот на пронајдокот. Покрај тоа, одликите на различните олицетворенија можат да се комбинираат за да се формираат понатамошни олицетворенија на пронајдокот.