专利名称：含氮化合物修饰的金属催化剂组合物及其膜电极组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种催化剂及一种膜电极组，特别涉及一种应用于燃料电池的金属催化剂及膜电极组。
背景技术：
由于对洁净能源的需求，燃料电池已经相当普遍地量产使用于工业、住宅、交通运输等不同领域。直接甲醇燃料电池(Direct methanol fuel cell ；DMFC)，也称之为微型燃料电池。直接甲醇燃料电池将甲醇气体转换为电能，提供方便携带的电能，从而使手提电脑或其他掌上电子装置拥有更长的使用时间。一般而言，在直接甲醇燃料电池装置中，若甲醇渗透至阴极会造成阴极催化剂毒化，同时，直接甲醇燃料电池存在阳极过电位(over-potential)的问题，导致放电电压降低以及活性衰退，特别是当以高浓度的甲醇做为燃料时更为显著。
发明内容
本发明是关于一种含氮化合物修饰的金属催化剂，利用含氮化合物中氮的孤电子对(lone pair)与金属催化剂d轨域进行配位，占据金属催化剂与一氧化碳(CO)结合之位置，并有效的分散催化剂，从而增加催化剂的电化学表面积(Electochemical SurFace Active Area, ECSA)，因此作为阴极催化剂，可防止催化剂被毒化，作为阳极催化剂，则有降低其反应过电位的效果。此外，金属催化剂结合含氮化合物后，其立体位阻增加，从而改善催化剂粒子的分散，提高反应活性。本发明的第二目的在于提供一种可应用于燃料电池的膜电极组，该膜电极组使用本发明的含氮化合物修饰的金属催化剂作为电极催化剂，从而实现了防止催化剂被毒化、 降低反应过电位及提高反应活性的效果为实现上述目的，本发明采取了以下技术方案。—种催化剂组合物，可应用于电极表面，该催化剂组合物包含一金属催化剂以及一含氮化合物，其中该含氮化合物为一具有取代基或无取代基的五元含氮杂环。进一步地，该含氮化合物为一具有取代基或无取代基的不饱和五元含氮杂环。进一步地，该含氮化合物具有以下列通式(I)示意的化学结构
权利要求
1. 一种催化剂组合物，可应用于电极表面，其特征在于，该催化剂组合物包含一金属催化剂以及一含氮化合物，其中该含氮化合物为一具有取代基或无取代基的五元含氮杂环。
2.如权利要求1所述的催化剂组合物，其特征在于该含氮化合物为一具有取代基或无取代基的不饱和五元含氮杂环。
3.如权利要求1所述的催化剂组合物，其特征在于该含氮化合物具有以下列通式(I) 示意的化学结构
4.如权利要求1所述的催化剂组合物，其特征在于该含氮化合物具有以下列通式(II) 示意的化学结构
5.如权利要求1所述的催化剂组合物，其特征在于该含氮化合物是选自于下列包含吡咯、吡咯啉、咪唑、咪唑啉及三唑类化合物及其衍生物的组群。
6.如权利要求5所述的催化剂组合物，其特征在于该含氮化合物是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-双甲基-2-咪唑啉。
7.如权利要求1所述的催化剂组合物，其特征在于该金属催化剂为纯金属催化剂或具有载体的金属催化剂。
8.如权利要求1所述的催化剂组合物，其特征在于该金属催化剂与该含氮化合物的重量比范围约为1 2至25 1。
9.一种可应用于燃料电池的膜电极组，其特征在于，包括具有质子传导性的一高分子膜；分别位于该高分子膜两侧的一阴极催化剂层与一阳极催化剂层；以及分别位于该阴极催化剂层与该阳极催化剂层上的两气体扩散层，其中该阴极催化剂层与该阳极催化剂层中的至少一个是由包括一金属催化剂以及一含氮化合物的一催化剂组合物所构成，该含氮化合物为一具有取代基或无取代基的五元含氮杂环。
10.如权利要求9所述的可应用于燃料电池的膜电极组，其特征在于该含氮化合物为一具有取代基或无取代基的不饱和五元含氮杂环。
11.如权利要求9所述的可应用于燃料电池的膜电极组，其特征在于该含氮化合物具有下列通式(I)示意的化学结构
12.如权利要求9所述的可应用于燃料电池的膜电极组，其特征在于该含氮化合物具有下列通式(II)示意的化学结构
13.如权利要求9所述的可应用于燃料电池的膜电极组，其特征在于该含氮化合物是选自于下列包含吡咯、吡咯啉、咪唑、咪唑啉及三唑类化合物及其衍生物的组群。
14.如权利要求13所述的可应用于燃料电池的膜电极组，其特征在于该含氮化合物是 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-双甲基-2-咪唑啉。
15.如权利要求9所述的可应用于燃料电池之膜电极组，其特征在于该金属催化剂为纯金属催化剂或具载体的金属催化剂。
16.如权利要求9所述的可应用于燃料电池的膜电极组，其特征在于该金属催化剂与该含氮化合物的重量比范围约为1 2至25 1。
全文摘要
本发明涉及一种具有含氮化合物修饰的的金属催化剂组合物及一种膜电极组，该催化剂组合物可应用于电极表面，包含一金属催化剂以及一含氮化合物，其中该含氮化合物为一具有取代基或无取代基的五元含氮杂环，而该膜电极组的阴极催化剂层与阳极催化剂层中的至少一个是由本发明的具有含氮化合物的催化剂组合物所构成。当该金属催化剂组合物应用于阴极催化剂时，可有效减少毒化现象，当其应用作为阳极催化剂时，则有降低反应过电位的效果。此外，本发明的金属催化剂结合含氮化合物后其立体障碍增加，因此可改善催化剂粒子的分散，从而提高反应活性。
文档编号H01M4/90GK102569829SQ20101062382
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月29日
发明者康济云, 张嵩骏, 林俊男, 蔡丽端, 蔡惠雯 申请人:财团法人工业技术研究院