EA 019445B1 20140331 Номер и дата охранного документа EA201170581 20091016 Регистрационный номер и дата заявки CZPV2008-630 20081017 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок CZ2009/000122 20091016 Номер международной заявки (PCT) WO2010/043189 20100422 Номер публикации международной заявки (PCT) EAB1 Код вида документа EAb21403 Номер бюллетеня [RU] СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТАЛИЗАТОРА ОКИСЛЕНИЯ И КАТАЛИЗАТОРЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ ДАННЫМ СПОСОБОМ Название документа [8] B01J 37/34, [8] H01M 4/90 Индексы МПК [CZ] Матолин Владимир Сведения об авторах [CZ] УНИВЭРЗИТА КАРЛОВА В ПРАЗЭ (CZ) Сведения о патентообладателях [CZ] УНИВЭРЗИТА КАРЛОВА В ПРАЗЭ (CZ) Сведения о заявителях US 2003004054 A1 US 5892254 A MATOLIN ET AL.: "Sn-Ce02 thin films prepared by rf magenetron sputtering: XPS and SIMS study". APPLIED SURFACE SCIENCE, vol. 255, no. 13-14, 6 March 2009 (2009-03-06), pages 6656-6660, XP002597496, DOI: 10.1016/j.apsusc.2009.02.080 * abstract, paragraphs [002.], [03.2]; figures 1, 2 M. SHELEF, L.P. HAACK, R.E. SOLTIS, J.E. DEVRIES AND E.M. LOGOTHETIS: "An XPS study of interactions in thin films containing a noble metal with valence-invariant and reducible oxides", JOURNAL OF CATALYSIS, vol. 137, no. 1, 1 October 1992 (1992-10-01), 30 October 1992 (1992-10-30), pages 114-126, XP002597495, Elsevier Science USA DOI: 10.1016/0021-9517(92)90143-6, paragraph [Experimental]; tables 2, 4 V. MATOL ÍN ET AL.: "Pt and Sn Doped Sputtered Ce02 Electrodes for Fuel Cell Applications". FUEL CELLS, vol. 10, no. 1, 27 January 2010 (2010-01-27), pages 139-144, XP002597494, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim DOI: 10.1002/fuce.200900036 SKODA M. ET AL.: "Sn interaction with the Ce02(111) system: Bimetallic bonding and ceria reduction". APPLIED SURFACE SCIENCE, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL LNKD-DOI:10.1016/J.APSUSC.2008.01.080, vol. 254, no. 14, 15 May 2008 (2008-05-15), pages 4375-4379, XP022624711, ISSN: 0169-4332 [retrieved on 2008-01-25] * abstract EP 1724012 A1 US 5892254 A RU 2197039 C2 EP 1137090 A2 WO 2008076137 A2 Цитируемые документы
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea000019445b*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

Способ получения катализатора окисления, включающего оксид церия и металл, выбранный из группы, включающей золото, платину, палладий, олово, рутений или никель, распылением оксида церия и металла из целевого объекта на субстрат, при котором оксид церия и металлический материал распыляют на субстрат одновременно по меньшей мере из одного целевого объекта в атмосфере аргона для образования слоя оксида церия, включающего диспергированные атомы металла. Конкретные катализаторы Au-CeO 2 и Pt-CeO 2 получают с применением данного способа.


Формула

[0001] Катализатор окисления, включающий слой, содержащий оксид церия и металл, выбранный из группы, включающей золото и платину, полученный при помощи нереакционного распыления оксида церия из мишени с использованием высокочастотного магнетрона на субстрат с одновременным и непрерывным допированием этого слоя атомами металла путем распыления его из той же или другой мишени, пока содержание катионов металла не составит от 0,01 до 4 ат.% от общего количества атомов в слое.

[0002] Катализатор по п.1, включающий золото в форме катионов Au+1 и Au+3 в количестве от 25 до 99% по весу от общего количества золота в катализаторе.

[0003] Катализатор по п.1, включающий платину в форме катионов Pt+2 и Pt+4 в количестве от 30 до 100% по весу от общего количества платины в катализаторе.

[0004] Катализатор по п.2, где золото диспергировано на поверхности слоя оксида церия в форме кластеров размером от 1 до 20 нм.


Полный текст патента

Область изобретения

Данное изобретение относится к способу получения катализатора окисления, включающего оксид церия и металл, выбранный из группы, включающей золото, платину, палладий, олово, рутений или никель, распылением оксида церия и металла из мишени на субстрат. Кроме того, изобретение относится к катализаторам, полученным этим способом.

Предпосылки изобретения

Катализаторы окисления на основе комбинации диоксида церия, СеО 2 и металла описаны как в непатентной, так и в патентной литературе.

В работе Fu et al., опубликованной в Science (2003), описывают каталитическую активность катализатора СеО 2 -Au для реакции воды с монооксидом углерода, приводящую к диоксиду углерода и водороду в качестве продуктов реакции. Это является ключевой реакцией для получения водорода риформингом углеводорода и для окисления метанола и этанола в прямых метанольных топливных элементах (DMFC). В этой работе применили каталитическую систему CeO 2 -Au в форме порошка, полученного традиционными методиками совместного осаждения и диффузии золота в поверхность СеО 2 .

В ЕР 1724012 А1 описывают катализатор на основе золота, осажденного на кристаллический СеО 2 , со средним размером первичного зерна 5-20 нм, а также агрегатов таких кристаллитов размером 20-100 нм.

В ЕР 1920831 А2 описывают катализатор для окисления твердых частиц в выхлопном газе дизельного двигателя на основе комбинации смеси двух оксидов металлов с Се в качестве одного металла и Ga, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Yt, Zr, Mo, Ag, La, Pr, Nd или Au в качестве другого. Каталитический материал с желаемой композицией приготовили осаждением из жидких растворов.

Некоторые другие патентные заявки касаются катализаторов окисления, применяющих комбинацию СеО 2 с другим металлом: ЕР 1676625 А1, ЕР 1683574 А1, ЕР 1787719 А2, ЕР 1889651 А1, ЕР 1852181 А1 и WO 2005/100249 A1. В этих заявках катализаторы получали традиционными методиками, например осаждением из растворов.

Некоторые каталитические материалы получают распылением. При этой методике тонкий слой наносят на субстрат потоком частиц (атомов, молекул), рассеиваемых из мишени активными ионами, обычно аргоном. В работе W.D. Westwood, опубликованной в Sputter Deposition, AVS Education Committee Book Series, vol. 2 (2003), ISBN 0-7354-0105-5, описывают весь диапазон методик распыления. В большинстве случаев устройство, называемое магнетроном, применяют для распыления.

В патентной заявке ЕР 0682982 А2 описывают, как адгезия каталитически активного металла может быть усилена нанесением промежуточного слоя основного металла на монолитный оксидный субстрат. Основным металлом является или металлический элемент из редкоземельной группы, или марганец. Каталитически активный благородный металл (в этом случае платина) осаждают на верх этого слоя.

Основным недостатком катализаторов, упомянутых выше, является или слишком низкая каталитическая активность, или слишком высокое содержание благородных металлов, главным образом золота и платины. Кроме того, порошковые катализаторы, содержащие СеО 2 и благородный металл, испытывают слишком низкую дисперсию активного металла в СеО 2 . Другим общим недостатком вышеупомянутых катализаторов является низкая устойчивость к отравлениям.

Методики получения известных до настоящего времени катализаторов металл-СеО 2 не позволяют получение достаточно активных катализаторов, применяемых, например, при окислении метанола или этанола в прямых топливных элементах.

Чрезмерное применение благородных металлов ведет к повышению стоимости получения такого катализатора. Массовое производство катализаторов с высоким содержанием благородных металлов также нагружает окружающую среду.

Раскрытие изобретения

Целью данного изобретения является обеспечение катализатора, проявляющего такую же или более высокую каталитическую активность по сравнению с известными в настоящее время каталитическими материалами при требовании существенно более низкого содержания благородных металлов. Другой целью данного изобретения является обеспечение высокоактивного катализатора для водородных топливных элементов, проявляющих высокую выносливость к присутствию монооксида углерода, например в промышленно полученном водородном газе, который содержит следы СО, удаление которых, в противном случае, является дорогостоящим. Другой целью данного изобретения является обеспечение катализатора, применимого для способа образования водорода реакцией воды с монооксидом углерода, в риформинге выхлопных паров двигателей внутреннего сгорания, и для катализа ряда других химических реакций.

Цели данного изобретения могут быть достигнуты и описанные недостатки преодолены способом получения катализатора окисления, включающего оксид церия и металл, выбранный из группы, включающей золото, платину, палладий, олово, рутений или никель, распылением оксида церия и металла из мишени на субстрат, при котором оксид церия и металлический материал распыляют на субстрат одновременно по меньшей мере из одной мишени для образования слоя оксида церия, включающего диспергированные атомы металла.

Альтернативно, оксид церия можно одновременно распылить на субстрат из одной мишени, а металлический материал - из другой мишени. Это обеспечивает улучшенный контроль над процессом распыления для получения специфической требуемой структуры и свойств катализатора.

Описанный способ позволяет постоянное допирование тонкого слоя оксида церия атомами металла при его наращивании на субстрат, дисперсию металла в слой оксида церия на атомном уровне и ведет к присутствию металла в ионной форме.

Более того, этим способом достигается взаимодействие атомов металла с оксидом церия, его высокая каталитическая активность и высокая устойчивость к отравлению катализатора, например высокая выносливость к присутствию монооксида углерода в водороде во время реакций внутри топливного элемента.

Следующее описание относится к различным специфическим вариантам осуществления катализатора на основе золота или платины/СеО 2 , который может быть получен по данному изобретению.

Катализатор Au-СеО 2 , в котором золото диспергировано на поверхности слоя оксида церия в форме кластеров, размером от 1 до 20 нм. В этом конкретном варианте осуществления поверхностная активность катализатора, таким образом, значительно улучшена.

Катализатор Au-CeO 2 включает золото в форме катионов Au +1 и Au +3 в количестве от 25 до 99% по весу от общего количества золота в катализаторе. Такой катализатор показывает усиленную каталитическую активность и на поверхности, и внутри тонкого слоя катализатора Такое усиление происходит в результате ионного характера золота, присутствующего в катализаторе.

Катализатор Au-СеО 2 включает золото в форме катионов Au +1 и Au +3 в количестве от 0,01 до 4 атомных процентов (ат.%) по весу от общего количества атомов в слое Au-СеО 2 . В этом случае атомная концентрация катионов Au +1 и Au +3 относительно общего количества материала в катализаторе поддерживается ниже 4 ат.%, тогда как каталитическая активность остается высокой, хотя расход золота при получении катализатора значительно снижен.

Катализатор Pt-CeO 2 включает платину в форме катионов Pt +2 и Pt +4 в количестве от 30 до 100% по весу от общего количества платины в катализаторе.

Из-за присутствия высокой концентрации платины в ионной форме достается высокая селективность каталитической активности для некоторых химических реакций, например реакций, протекающих в прямых протонообменных топливных элементах на водородном топливе.

Катализатор Pt-CeO 2 включает платину в форме катионов Pt +2 и Pt +4 в количестве от 0,01 до 4 ат.% по весу от общего количества атомов в слое Pt-CeO 2 . Как и в случае вышеописанного катализатора на основе золота каталитическая активность остается высокой, даже если расход платины при получении катализатора существенно снижен.

Краткое описание графических материалов

Подробности данного изобретения описаны при помощи следующих фигур и графических материалов:

фиг. 1a является схематическим видом в поперечном сечении распылительного устройства (магнетрона) с отдельной составной мишенью;

фиг. 1b является схематическим видом в поперечном сечении двух магнетронов, включающих две отдельных мишени;

фиг. 2 является графическим изображением атомов металла в слое оксида церия;

фиг. 3 является другим графическим изображением атомов металла в оксиде церия;

фиг. 4а является микроскопическим изображением морфологии поверхности катализатора без допирования золотом;

фиг. 4b является микроскопическим изображением морфологии поверхности катализатора Au-СеО 2 ;

фиг. 4с является микроскопическим изображением, на котором показана толщина катализатора Au-CeO 2 ;

фиг. 5 является микроскопическим изображением морфологии поверхности катализатора Pt-CeO 2 ;

фиг. 6 является схематическим видом в разрезе топливного элемента;

фиг. 7 представляет график конкретной выходной мощности топливного элемента для эталонного катализатора Pt/Ru;

фиг. 8 представляет график конкретной выходной мощности топливного элемента для катализатора Pt-CeO 2 , образец Н;

фиг. 9 показывает фотоэлектронный спектр (XPS) катализатора Au-CeO 2 ;

фиг. 10 показывает фотоэлектронный спектр (XPS) катализатора Pt-CeO 2 ;

фиг. 11 представляет график конкретной выходной мощности топливного элемента для катализатора Au-СеО 2 - образец метанол.

Способы выполнения изобретения

Пример 1.

Распылительное устройство также называется магнетроном, как устройство для выполнения высокочастотного распыления оксидов и металлов, показанное в схематическом виде в поперечном сечении на фиг. 1а и 1b.

Магнетрон, показанный на фиг. 1а, включает так называемую составную мишень, включающую СеО 2 пластину 10 и металлический материал 12, размещенный на CeO 2 пластине 10. Металлический материал может иметь форму проволоки и в качестве металлического материала может применяться любой металл из группы Au, Pt, Pd, Sn, Ru, Ni. Поток 19 атомов, распыленных из мишени 10, 12 ионами аргона, наносится на субстрат 14, например силиконовую пластину, для постепенного образования тонкого слоя катализатора. Магнетрон соединен с высокочастотным АС блоком питания 16. Магнитные линии силы представлены кривыми 18. Распыление проводят при очень низком давлении аргона 0,6 Па. При нанесении и нарастании тонкого слоя СеО 2 на субстрате 14 тонкий слой непрерывно допируют атомами данного металла, которые диспергированы в слое СеО 2 . Если допирован по меньшей мере одним из вышеупомянутых металлических элементов, такой тонкий слой проявляет высокую каталитическую активность, которая продемонстрирована экспериментально. Фиг. 1b показывает альтернативный вариант осуществления распылительного устройства, включающего два магнетрона с соответствующими мишенями. Левый магнетрон несет мишень СеО 2 пластины 10, а правый магнетрон несет мишень металлического материала 12, предназначенную для допирования слоя катализатора СеО 2 , образованного на субстрате 14.

В случае допирования золотом активность катализатора определяется присутствием ионов Au +1 и Au +3 , которые выявляют измерениями фотоэлектронной спектроскопией (XPS). В известных на данный момент каталитических материалах отсутствует или присутствует незначительная концентрация катионного золота. На фиг. 2 и 3 показано графическое изображение тонкого слоя катализатора, содержащего ионы золота, диспергированные в слое оксида церия по данному изобретению. Атомы золота 22, 23, 24 или катионы соответственно диспергированы при помощи высокочастотного распыления внутрь слоя оксида церия СеО 2 21. Измерения XPS, в дальнейшем в данном документе описанные более подробно, раскрывают распределение атомов золота в металлической и ионной формах. Из-за способности атомов золота 22 диффундировать внутрь слоя оксида церия эти атомы имеют тенденцию сегрегироваться на поверхности в форме кластеров размером от 1 до 20 нм. Эти кластеры 44 четко видны на микроскопическом изображении тонкого слоя катализатора на фиг. 4b, полученном при помощи сканирующей электронной микроскопии. На их поверхности золото присутствует в виде атомов 24 в атомной форме Au 0 . Внутри кластера под оболочкой атомного Au 0 ионное золото присутствует в форме катионов Au +1 23, тогда как диспергированное золото в тонком слое катализатора присутствует в форме катионов Au +3 22.

В случае допирования платиной активность катализатора определяется присутствием ионов Pt +2 и Pt + , которые определили измерениями фотоэлектронной спектроскопии (XPS). Практически 100% платины присутствует в ионной форме; спектроскопические измерения не подтверждают какое-либо присутствие металлической платины Pt 0 . Поскольку атомы платины не перемещаются в СеО 2 так быстро, как золото, образование платиновых кластеров не настолько существенно, как в случае золота.

Каталитические свойства катализатора, описанные выше, проверяли включением катализатора в прямой топливный элемент. Схема топливного элемента с катализатором изображена на фиг. 6. Основным количеством для определения эффективности каталитической системы топливного элемента является выходная мощность, измеряемая в мВт/см 2 поверхности анода.

Топливный элемент с катализатором Au-CeO 2 проявлял очень высокую удельную выходную мощность с метанолом в качестве топлива. Если метанол применяют как топливо, в топливном элементе проходит следующая химическая реакция, катализированная катализатором металл-СеО 2 :

Напротив, топливный элемент с катализатором Pt-CeO 2 не проявляет очень высокую удельную выходную мощность для метанола, но проявляет, когда водород применяют как топливо. Это потому, что молекулы метанола реагируют с атомами золота 23, 24. Au 1+ сегрегировались на поверхности тонкого слоя катализатора - см. фиг. 2. При применении платины перемещение атомов металла к поверхности не является существенным. Поскольку большие молекулы метанола не способны диффундировать в тонкий слой Pt-CeO 2 катализатора, вышеописанная реакция проходит очень медленно. Вместо этого, с водородом в качестве топлива в топливном элементе проходит следующая химическая реакция, катализированная катализатором металл-СеО 2 :

Топливный элемент Pt-СеО 2 с водородным топливом проявляет особые характеристики тока. Это потому, что небольшие атомы водорода могут легко проникать в тонкий слой катализатора, где они реагируют в присутствии ионов Pt +2 и Pt +4 , высвобождающих электроны, как описано в вышеописанной реакционной схеме для анода. Атомы водорода образованы диссоциацией молекул Н 2 на каталитической поверхности.

Катализатор по данному изобретению получили следующим способом: нанесение тонких слоев СеО 2 и их одновременное допирование металлом (Au, Pt, Pd, Sn, Ru или Ni) проводили при помощи нереакционной высокочастотной магнетронной распылительной методики, описанной выше, с использованием магнетрона. Схема установки магнетрона показана на фиг. 1.

Пример 2.

В этом сравнительном примере распылили чистый СеО 2 , тогда как во втором и третьем выполнении нанесенные слои СеО 2 допировали золотом. Распыление выполняли из круглой мишени СеО 2 пластины 10 с диаметром 5,08 см, помещенной на 90 мм от субстрата 14, изготовленного из силикона, применяя мощность 80 Вт к магнетрону. Распыление проводили в атмосфере аргона при постоянном давлении 0,6 Па, субстрат держали при комнатной температуре. Скорость роста тонкого слоя катализатора составляла 1 нм/мин. Время нанесения выбрали для получения желаемой толщины тонкого слоя катализатора, типично 20-60 мин. Вид сверху 42 тонкого слоя CeO 2 (без допирования Au) показан на фиг. 4а.

Пример 3.

Металлический материал 12 в форме Au проволоки (1 мм в диаметре, 10 мм длиной) поместили на СеО 2 мишень в радиальном направлении. В варианте осуществления 1 только одну Au проволоку поместили на мишень. В варианте осуществления 2 две одинаковые Au проволоки, как описано выше, поместили на мишень. Условия нанесения были такими же, как и в примере 2.

Катализаторы, включающие тонкие слои СеО 2 , допированные золотом, полученные в варианте осуществления 1 и 2, анализировали различными экспериментальными методиками и оценивали их каталитическую активность в топливном элементе.

Морфологию поверхности и толщину тонкого слоя катализатора исследовали при помощи сканирующей электронной микроскопии. На фиг. 4 показаны три вида слоев катализатора: фиг. 4с показывает вид в поперечном разрезе 41 тонкого слоя катализатора, полученного в варианте осуществления 2. Фиг. 4b показывает вид сверху 42 того же тонкого слоя. Толщину тонкого слоя на фиг. 4с измерили при помощи сканирующего электронного микроскопа как 65 нм. Поликристаллическая структура поверхности тонкого слоя СеО 2 показана на виде сверху 42. На поверхности катализатора были образованы кластеры 44 атомов золота 23, 24, схематически показанные на фиг. 2. Образование кластеров золота происходит из-за тенденции атомов золота, диспергированных в слое СеО 2 , перемещаться к поверхности.

Свойства катализатора Au-СеО 2 исследовали при помощи фотоэлектронной спектроскопии, а его активность подтверждали в топливном элементе с применением метанола в качестве топлива, так называемом прямом метанольном топливном элементе. На фиг. 9 показан фотоэлектронный спектр (XPS) 4f электронного уровня Au катализатора Au-СеО 2 . Спектр состоит из 2 дублетов 4f 5/2 Au-4f 7/2 Au, представляющих химические состояния золота - Au + и Au 3+ .

Пример 4.

Схематический вид топливного элемента, применяемого для измерения свойств катализатора Au-СеО 2 из примера 3, изображен на фиг. 6. Он является топливным элементом с обычно применяемой мембраной Nafion 67 для обмена протонов (топливный элемент с протонообменной мембраной, РЕМ).

Показаны следующие компоненты: анод 61, катод 62, впускное отверстие для топлива 63, сливное отверстие избытка топлива 64, входное отверстие кислорода 65 и выпуск 66 неиспользованного кислорода и водяного пара. Анодный катализатор нанесли на микропористый GDL (копировальная бумага Toray, тефлоновая) таким способом, чтобы он контактировал с мембраной 67. Напряжение и ток измеряли между пластинами 69. Мембрану Nation 67 обработали стандартным способом, включающим кипячение в пероксиде водорода, разбавленной серной кислоте и воде. Катод топливного элемента 62 получили стандартным способом, т.е. Pt порошок на углеродном субстрате, смешанный с раствором Nafion, нанесли на микропористый GDL (копировальная бумага Toray, тефлоновая). Содержание платины в слое катализатора составило 5 мг/см 2 .

Метанол применяли в качестве топлива и подавали на анод 61 со скоростью потока, настроенной на 30 мл/мин. Катод 62 питали кислородом со скоростью потока, настроенной на 30 мл/мин. Измерения проводили при температуре 23 °С, топливо и кислород подавали при атмосферном давлении. Кривые поляризации V-I показаны на фиг. 11, где ось х графика представляет напряжение, левая ось у представляет ток, а правая представляет выходную мощность топливного элемента. Кривая напряжения помечена как 110, кривая мощности помечена как 120. Общая площадь поверхности катализатора в топливном элементе составляла 1 см. Максимальная удельная мощность 130, достигнутая с этим конкретным катализатором, составляла 0,67 мВт/см 2 .

Пример 5.

Для материала Pt-СеО 2 выполнили два различных варианта осуществления. Распыление осуществили, применяя тот же магнетрон, как в примерах 2 и 3. Условия распыления были также идентичны условиям в примерах 2 и 3. В варианте осуществления 3 металлический материал 12 из одной платины (Pt) в форме проволоки (0,5 мм диаметром, 10 мм длиной) поместили на мишень СеО 2 пластины 10 в радиальном направлении, см. фиг. 1b. В варианте осуществления 4 на мишень поместили две идентичные проволоки Pt с вышеописанными размерами.

Катализаторы, включающие тонкие слои СеО 2 , допированные платиной, полученные в вариантах осуществления 3 и 4, анализировали при помощи фотоэмиссионной спектроскопии и оценивали их каталитическую активность в топливном элементе.

На фиг. 5 показана поверхность катализатора, полученного в варианте осуществления 4, размещенного на микропористом GDL (копировальная бумага Toray, тефлоновая) топливного элемента, покрытого углеродистыми нанотрубками. Изображение получили сканирующим электронным микроскопом.

На фиг. 10 показан фотоэлектронный спектр (XPS) катализатора Pt-CeO 2 . Из спектрального анализа можно увидеть, что атомы платины присутствуют в ионных формах Pt +2 и Pt +4 .

Свойства катализатора из вариантов осуществления 3 и 4, применяемого в топливном элементе, были следующими. Подобно примерам 2 и 3 применяли топливный элемент с мембраной для обмена протонов, см. фиг. 6. В этом случае, однако, применяли водород в качестве топлива, подаваемый на анод 61, со скоростью потока, настроенной на 30,0 мл/мин. Скорость потока кислорода, подаваемого на катод 62, была настроена на 30,0 мл/мин.

Кривые поляризации V-I (описанные выше) для Pt-CeO 2 , полученного в варианте осуществления 4, начерчены на фиг. 8. Общая площадь поверхности катализатора в топливном элементе составила 1 см 2 . Кривая выходного напряжения помечена как 81, кривая выходной мощности помечена как 82. Максимальная удельная мощность, увеличенная с катализатором от выполнения 5, составила 12,3 мВт/см 2 83. Содержание платины в катализаторе составило приблизительно 2,5 ×10 -4 мг/см 2 . Это значение рассчитали из толщины слоя Pt-СеО 2 и его плотности. На основе вышеописанных значений максимальную выходную мощность на вес платины определили как 70 Вт/мг (Pt).

Пример 6.

Измерение эталонных значений - вариант осуществления 5. Для получения эталонных значений вариант осуществления 5 выполнили на топливном элементе, описанном выше, с коммерчески доступными катализаторами, PtRu (50% Pt, 50% Ru) на аноде и Pt/C на катоде, идентичными теми, что применялись в предыдущих вариантах осуществления. Активность катализатора оценивали при условиях, идентичных таковым в примере осуществления 5. Кривые поляризации V-I для эталонного катализатора PtRu из эксперимента 6 начерчены на фиг. 7. Максимальная удельная мощность 73, увеличенная с этим катализатором, составила 196 мВт/см 2 . Максимальную выходную мощность на вес платины в катализаторе определяли как 39,2 мВт/мг (Pt/Ru). Это типичное печатное значение для топливных элементов с протонообменной мембраной, использующих стандартные PtRu (анод) и Pt/C (катод) катализаторы. В этом случае подтвердили корректную стандартную функциональность топливного элемента.

Примеры 2-5 изобретения показывали высокую каталитическую активность материалов на основе тонких слоев металл-СеО 2 , полученных способами, описанными выше. Применяя новый катализатор R-СеО 2 , конкретная выходная мощность топливного элемента, связанная с 1 мг Pt, усиливается приблизительно на 3 порядка по сравнению со стандартными катализаторами. В случае протонообменных топливных элементов на водородном топливе ожидали высокую стойкость данного катализатора к содержанию монооксида углерода в водороде.

Промышленная применимость

Способ и катализатор по данному изобретению могут, прежде всего, использоваться в топливных элементах для образования водорода путем реакции воды с монооксидом углерода для риформинга выхлопов двигателей внутреннего сгорания и для катализаторов других химических реакций, включающий тонкий слой оксида церия и по меньшей мере один металл из группы золота, платины, Pd, Sn, Ni, Ru.