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專利名稱 複合式金屬／α-MnO2／碳催化材料之製作方法A COMPLEX METAL/ α-MNO2/ CARBON-SUPPORTED CATALYST
專利證號 I324137
國別 中華民國
獲證日期 20100501
專利摘要 一種複合式α-MnO2/金屬/碳催化材料之製作方法，以水熱法或化學法運用方法，合成新型催化材料，其製程用金屬/碳為載體，再綜合水熱與化學法合成α-MnO2/金屬/碳複合材料粉體。利用其複合材料性質，對催化性能與抗毒化效果都能有顯著改善。本發明的α-MnO2/Pt/C觸媒，本身具有特定孔洞尺寸之結構及氧化特性，可應用於甲醇燃料電池上，由電化學甲醇-CV實驗發現，α-MnO2/Pt/C具有部份氧化CO的能力，Pt/C添加入α-MnO2後，實驗結果顯示對抗CO毒化也有良好的性能，具備提高CO容忍度的能力，而且其最大優點是成本低廉，原料價格遠低於貴重金屬，可取代燃料電池部份釕(Ru)觸媒功能，大幅減少釕(Ru)成本支出，適合商業化用途。 【創作特點】 α-MnO2製程截至目前為止，可概分為水熱法及化學法兩種。水熱法第一步為製備層狀或類似結構的前驅物，再利用化學反應在層間空隙插入模板離子或分子，接著第二步是利用水熱法，在高溫高壓下，讓前驅物的結構順著模板離子或分子而改變成為孔洞性材料，此孔洞大小即由此模板離子或分子的大小控制，此方法可生成各種孔洞大小的粉體。化學法則簡單許多，其製程是把MnSO4或Mn(NO3)2與KMnO4或KClO3加入1MH2SO4中在60℃反應，製程方法較水熱法簡單，且所需的能量也較低，其他以各種方式氧化低價錳離子在適當條件下也可以產生α-MnO2。其中α-MnO2是由錳的陽離子及氧的陰離子形成MnO6的單位晶格，在有此單位晶格排列成hollandite的結構骨架，hollandite的結構具有4.6的大孔洞，可作為金屬載體與部份氧化的功能，它最大的優點是製程簡易及原料成本低。為大幅減少DMFC陽極觸媒雙合金貴重金屬/碳材料成本支出，本發明綜合上述多種條件，生成α-MnO2/金屬/C的新式複合材料粉體是用C/Pt為載體，再綜合水熱與化學法合成C/Pt/α-MnO2的複合材料。由於分散在碳材上Pt的與MnO2粉體都屬於奈米級尺寸，能有效提供催化活性面積，其中α-MnO2/金屬/C複合材料，其中金屬可為單金屬(如：Pt、Ru)，雙金屬(如：Pt/Ru)。其中碳/金屬/α-MnO2複合材料，其中碳可為碳黑、石墨化碳黑、活性碳、石墨化活性碳、奈米碳管。為進一步了解金屬/碳材料加入α-MnO2，是否具備氧化CO的能力，研究將α-MnO2/Pt/C粉體進行分析，由電化學甲醇-CV實驗結果發現，α-MnO2/Pt/C具有部份氧化CO的能力，α-MnO2/Pt/C可取代Ru/Pt/C的釕Ru部份功能，大幅減少成本支出，其實施方法如下。

IPC國際分類號

C01G-045/02(2006.01)