米结构化材料或晶须可能被刮擦或以其它方式破坏。在一些实施例中，微结构特征基本上小于膜的一半厚度，在制备膜电极组件(MEA)中，催化剂将转移至该膜。这使得在催化剂转移过程期间，较高的微结构特征不渗透穿过膜，其中较高的微结构特征可在膜的相对侧上叠置电极。在一些实施例中，最高的微结构特征小于膜厚度的1/3或1/4。针对最薄的离子交换膜(例如，厚度约10微米至15微米)，可能有利的是具有微结构化特征不大于约3微米至4.5微米高的基底。在一些实施例中，所需的V型或其它微结构化特征结构的侧面的陡度或相邻的特征结构之间包括的角度为大约90°，从而便于层合转移过程期间的催化剂转移，并且相对于基底背衬的平面几何表面增加电极的表面区域，这来自二的平方根(1.414)倍的微结构化层的表面区域。
[0025]示例性难熔金属可选自把、他、08、1^、1^、了&、11、￥、2^以及它们的组合。化学计量和非化学计量方式的示例性难熔金属氧化物、硼化物、碳化物、氮化物和硅化物可选自氧化物、硼化物、碳化物、氮化物、硅化物以及其适用性组合物(例如氧碳化物、氧氮化物、氧硼化物、碳氮化物、碳硼化物、硼氮化物、硼硅化物、碳硅化物和氮硅化物)。此外，两种或更多种难熔金属可结合到二元、三元、四元等混合物(例如M-M2-O-B-C-N-Si,其中M为一种或多种难熔金属)中。
[0026]示例性Hf氧化物和低价氧化物包括HfXKHf2O3和HfO 2。示例性Hf硼化物包括HfB和HfB2。示例性Hf碳化物包括HfC和HfC2。示例性Hf氮化物包括Hf3N4和HfN。示例性Hf硅化物包括HfSi和HfSi2。
[0027]示例性Nb氧化物包括他0、他02和Nb 205。示例性Nb硼化物包括Nb2B、Nb3B2、NbB、Nb3B4, Nb5B6和NbB 2o示例性Nb碳化物包括Nb2C和NbC。示例性Nb氮化物包括Nb2N、NbN和Nb碳氮化物。示例性Nb娃化物包括Nb5Si3。
[0028]示例性Os氧化物包括OsOjP OsO 4。示例性Os硼化物包括OsB和0sB2。示例性Os碳化物包括0sC、0sC#P OsC 2。示例性Os氮化物包括0sN、0sNjP OsN 4。示例性Os硅化物包括 0s2Si3、OsSi 和 0sSi2。
[0029]示例性Re氧化物包括ReO2、ReO3、Re2O3和Re 207。示例性Re硼化物包括Re3B、Re7B3、Re2B、ReB、Re2B3、Re3B7、Re2B5和ReB 3。示例性Re碳化物包括Re2C。示例性Re氮化物包括Re2N、Re3N和ReN。示例性Re硅化物包括ReSi和ReSi2。
[0030]示例性Rh氧化物包括RhO、诎02和Rh 203。示例性Rh硼化物包括ZrRh3B、NbRh3B和RhB。示例性Rh碳化物包括RhC、Rh2C, Rh3C和Rh4C。示例性Rh氮化物包括RhN、RhN2,RhN3。示例性 Rh 硅化物包括 CeRhSijP Ce 2Rh3Si5。
[0031]示例性Ta氧化物包括TaO和Ta2O5。示例性Ta硼化物包括Ta2B、Ta3B2、TaB、Ta5B6、Ta3B4和TaB 2。示例性Ta碳化物包括TaC、Ta4C3和Ta 2C。示例性Ta氮化物包括TaN、Ta2N,Ta5N6 和 Ta 3N5。示例性 Ta 硅化物包括 TaSi2、Ta5SijP Ta 5Si6。
[0032]示例性W氧化物包括W2O3和WO 3o示例性W硼化物包括W2B、WB、WB2、W2B5和WB 4。示例性W碳化物包括WC和WC2。示例性W氮化物包括W2N、WN和WN2。示例性W硅化物包括吧“和 W5Si3O
[0033]示例性Zr氧化物包括ZrO、Zr2O3和ZrO 2。示例性Zr氧化物或氧化锆，其掺杂有充当其晶体结构的稳定剂的金属氧化物，包括氧化钇、氧化钙、氧化镁、氧化铝以及二氧化铺稳定的氧化错或氧化错-二氧化給。示例性Zr硼化物包括ZrB2。示例性Zr碳化物包括Zr2C、Zr3C2和Zr 6C5。示例性Zr氮化物包括Zr3N4和ZrN。示例性Zr硅化物包括Zr 2S1、Zr3Si2' ZrSi2' Zr5Si3和 ZrSi0
[0034]包含Ir、Pd或Ru中的至少一者的示例性有机金属配合物包括配合物，其中处于1-VIII价态的Ir、Pd和Ru通过一种或多种杂原子或一种或多种非碳原子(诸如氧、氮、硫族元素(例如硫和砸)、磷、或卤化物)与有机配体形成配位键。具有有机配体的示例性Ir、Pd和Ru配合物也可经由键形成。具有氧杂原子的有机配体包含官能团诸如羟基、醚、羰基、酯、羧基、醛、酸酐、环状酸酐和环氧树脂。具有氮杂原子的有机配体包含官能团诸如胺、酰胺、酰亚胺、亚胺、叠氮化物、卩丫嗪、吡咯、吡啶、B卜啉、异氰酸酯、氨基甲酸酯、氨基磺酸脲、硫酰胺、氨基酸和N-杂环卡宾(N-heterocyclic carbine) 0具有硫杂原子的有机配体，所谓的硫代配体，包含官能团诸如硫醇、硫酮(硫酮基或硫代羰基)、硫醛、噻吩、二硫化物、聚硫化物、硫酰亚胺、亚砜亚胺和砜二亚胺。具有磷杂原子的有机配体包含官能团诸如磷化氢、磷酸盐、磷胺和亚磷烯。示例性有机金属配合物还包括单金属配合物和杂双金属配合物，其中Ir、Pd和/或Ru参与具有单官能有机配体或杂官能有机配体的配位键。经由配位键形成的Ir、Pd和/或Ru有机金属配合物包含富碳共轭有机配体，诸如芳烃、烯丙基、二烯、碳烯和炔基。还已知Ir、Pd和Ru有机金属配合物的示例为螯合物、镊分子、笼、分子盒、流变分子、大环、棱柱、半夹心和金属有机框架(MOF)。
[0035]包含Ir、Pd或Ru中的至少一者的示例性有机金属化合物包括其中Ir、Pd和/或Ru通过共价、离子或混合共价-离子型金属-碳键键合到有机物的化合物。示例性有机金属化合物还可包括Ir、Pd或Ru与碳原子的共价键以及经由杂原子与有机配体的配位键中的至少两种的组合。
[0036]金属Ir是指Ir金属、Ir合金以及处于非晶态、晶态或其组合的Ir配合物。
[0037]示例性Ir化合物包括Ir氧化物、Ir水合氧化物(即水合Ir氧化物)，Ir多金属氧酸盐、Ir杂多酸、金属铱酸盐、Ir氮化物、Ir氧氮化物、Ir碳化物、Ir碲化物、Ir锑化物、Ir砸化物、Ir硼化物、Ir娃化物、Ir砷化物、Ir磷化物和Ir齒化物。
[0038]示例性Ir氧化物包括IrxOy形式，其中Ir的化合价可为，例如，2_8。具体的示例性Ir 氧化物包括 Ir2O3' Ir02、IrO3和 IrO4,以及 IrxRuyOz' IrxPtyO0 IrxRuyPtzOzz、IrxPdyPtzOzz、IrxPdyOz和 Ir xRuyPdz0zz。
[0039]金属Pd是指Pd金属、Pd合金以及处于非晶态、晶态或其组合的Pd配合物。
[0040]不例性Pd合金包括双金属、三金属和多金属。
[0041]示例性Pd化合物包括Pd氧化物、Pd水合氧化物(即水合Pd氧化物)、Pd多金属氧酸盐、Pd杂多酸、金属钯酸盐、Pd氮化物、Pd氧氮化物、Pd碳化物、Pd碲化物、Pd锑化物、Pd砸化物、Pd硼化物、Pd硅化物、Pd砷化物、Pd磷化物和Pd卤化物。
[0042]示例性Pd氧化物包括PdxOy形式，其中Pd的化合价可为例如1、2和4。具体的示例性 Pd 氧化物包括 Pd。、Pd02、IrxPdyPtzOzz、IrxPdyO0 IrxRuyPdzOzz、RuxPdyPtzOzz' RuxPdyOz和RuxIryPtzPdyyOzz0
[0043]金属Pt是指Pt金属、Pt合金以及处于非晶态、晶态或其组合的Pt配合物。
[0044]示例性Pt化合物包括Pt氧化物、Pt水合氧化物、Pt氢氧化物、Pt多金属氧酸盐、Pt杂多酸、金属铂酸盐、Pt氮化物、Pt氧氮化物、Pt碳化物、Pt碲化物、Pt锑化物、Pt砸化物、Pt硼化物、Pt硅化物、Pt砷化物、Pt磷化物、Pt齒化物、Pt有机金属配合物、和螯合物，以及双金属Pt化合物和多金属Pt化合物。
[0045]示例性Pt合金包括双金属、三金属和多金属Pt-1r、Pt_Ru、Pt_Sn、Pt_Co、Pt_Pd、Pt-Au、Pt-Ag、Pt-N1、Pt-T1、Pt-Sb、Pt_In、Pt_Ga、Pt_W、Pt_Rh、Pt-Hf、Pt_Cu、Pt-Al、Pt-Fe、Pt-Cr、Pt-Mo N Pt-Mn、Pt_Zn、Pt_Mg、Pt_0s、Pt_Ge、Pt_As、Pt_Re、Pt_Ba、Pt_Rb、Pt-Sr 和Pt-Ce ο
[0046]金属Ru是指Ru金属、Ru合金以及处于非晶态、晶态或其组合的Ru配合物。
[0047]示例性Ru化合物包括Ru氧化物、Ru水合氧化物(即水合Ru氧化物)、Ru多金属氧酸盐、Ru杂多酸、金属钌酸盐、Ru氮化物、Ru氧氮化物、Ru碳化物、Ru碲化物、Ru锑化物、Ru砸化物、Ru硼化物、Ru娃化物、Ru砷化物、Ru磷化物和Ru齒化物。
[0048]示例性Ru氧化物包括RuxlOyl，其中化合价可为例如2-8。具体的示例性Ru氧化物包括 Ru203、仙02和 RuO 3，以及 Rulr0x、RuPtO^ RuIrPtO^ RuxPdyPtzOzz^ RuxPdyOz和RuxIryPtzPdyyOzz0
[0049]—般来讲，可通过本领域中已知的技术来沉积含有Pt的催化剂和析氧反应催化剂。示例性沉积技术包括独立地选自下列的那些:溅射(包括反应溅射)、原子层沉积、分子有机化学气相沉积、分子束外延、离子软着陆、热物理气相沉积、电喷射离子化真空沉积、和脉冲激光沉积。附加的一般细节可见于例如美国专利5，879，827 (Debe等人)、6，040，077 (Debe等人)和7，419，741 (Vernstrom等人)，其公开内容以引用方式并入本文。
[0050]包含多个交替层的材料可例如从多个靶溅射出(例如，从第一靶溅射Ir，从第二靶溅射Pt，从第三靶(如果存在)溅射Ru，等等)，或从包含多于一种金属的一个或多个靶溅射。
[0051]在一些实施例中，在微结构化基底上进行纳米结构化晶须生长步骤之后，立即在真空中进行在线涂布催化剂。这可为更节省成本的过程，使得纳米结构化晶须涂覆的基底不需要被重新插入真空中以便在另一时间或地点涂布催化剂。如果催化剂合金涂布使用单个靶完成，则可能期望涂层在单个步骤中施加到纳米结构化晶须上，使得催化剂涂布的冷凝热充分加热Au、Ir、Pd、Pt、Ru、难熔金属等原子和基底表面，从而提供足够的表面移动性使得原子很好地混合并形