制备铂族金属和前过渡金属的合金的方法
燃料电池在很多应用中作为电力能源。特别是，燃料电池被建议用于汽车以替代内燃机。常用的燃料电池设计使用固体聚合物电解质(“SPE”)膜或质子交换膜(“PEM”)以使离子在阴极和阳极之间转移。
在质子交换膜型燃料电池中，氢供给到阳极作为燃料，氧供给到阴极作为氧化剂。氧可以即可为纯形式(02)，也可为空气(OjPN2混合物)。PEM燃料电池通常具有膜电极组件(“MEA”) 在质子交换膜型燃料电池中，氢供给到阳极作为燃料，氧供给到阴极作为氧化剂。氧可以即可为纯形式(02)，也可为空气(OjPN2混合物)。PEM燃料电池通常具有膜电极组件(“MEA”)，其中的固体聚合物膜的一面具有阳极催化剂，另一面具有阴极催化剂。典型的PEM型燃料电池的阳极层和阴极层由多孔导体材料制成，例如织造石墨、石墨化板材或碳纸，以使燃料和氧化剂能够分散在分别朝向燃料供应电极和氧化剂供应电极的膜表面。每个电极都具有负载在碳颗粒上的细小分散的催化剂颗粒(例如，铂颗粒)，以促进阳极上氢的氧化和阴极上氧的还原。质子从阳极通过离子可传导聚合物膜流动到阴极，并在阴极与氧结合形成水，而水从电池中排出。MEA夹在一对多孔气体扩散层(“GDL”)中，该GDL又夹在一对无孔导电元件或板中。所述板用作阳极和阴极的集电器，并包括在其中形成的合适的通道和开口，用于将燃料电池的气体反应物分布到阳极和阴极催化剂相应的表面。为了高效形成电流，PEM燃料电池的聚合物电解质膜必须薄，化学稳定，可传输质子，不导电，以及气体无法渗透。在通常的应用中，燃料电池被提供成多个独立燃料电池堆的阵列以提供高水平的电能。
经常试图通过过渡金属(Co、Ni等)对Pt合金化以增加催化剂的活性，但这些金属的稳定性导致活性和性能下降。因此，需要提供一种改进方法，用于制造应用于燃料电池应用的碳载的电催化剂。理论和试验研究都推荐具有高活性和稳定性的Pt和前过渡金属的合金，该前过渡金属特别是钇和钪。然而，这些元素与氧具有高的亲合力，导致很难形成细小分散的颗粒或足够薄的膜以使得催化剂经济上可行。为了制备所述合金需要非常高的温度，而这会导致颗粒长大。以我们的知识而言，只有通过溅射的方法才能成功制备，但溅射不是一种可控的获得纳米颗粒的方法。
因此，需要提供一种制备比现有技术具有更高催化活性的用于燃料电池的催化剂的改进方法。
一种制造用于燃料电池的铂族金属(PGM)合金的方法，包括将基材加热到预定温度的步骤。使基材接触含PGM化合物的蒸汽，然后接触含前过渡金属的化合物的蒸汽。这些接触步骤重复进行多次以在碳颗粒上形成PGM合金层。本发明的方法使得PGM合金层一个单层一个单层地累积，从而在载体上提供具有高孔隙度或复杂形态的均匀涂层。有利的，本发明的实施方案提供了一种制备比现有合金催化剂具有更高活性和耐久性的催化剂的方法。