用于燃料电池的负载金微粒的載體催化劑

　　燃料电池需要在长的时间段内表现出高的发电性能；在机动车电源中需要5000小时的时间段，而在固定电源中需要400-6621902小时的时间段。因此，电极催化剂需要具有高的催化活性和持久性。具有负载贵金属、贱金属或其它催化金属的多孔碳粒子的电极催化剂被用作具有高催化活性和持久性的电极催化剂。通常用于制造具有负载有多种贵金属作为催化剂金属的碳粒子的电极催化剂的方法为例如吸附法，其将碳粒子疏散并混合到含有多种貴金屬化合物的水溶液中，通过向混合物添加还原剂或沉淀剂在碳粒子上形成贵金属粒子，随后燃烧，由此获得复合贵金属粒子。然而，该方法使通过使其不溶解的试剂所形成的多种贵金属粒子被其它贵金属粒子或载体外表随机吸附。因此，通过烧制这种贵金属粒子形成的合金化复合贵金属粒子的组成变得不均匀，同时因添加热能而烧结，导致形成大的粒径。结果，复合贵金属粒子的活性面积减少，降低了催化活性。另外，当使用吸附方法时，尽管复合贵金属粒子形成/负载到碳粒子的孔(电解质不能充分渗入其中)上，但是不能与电解质接触的这些复合贵金属粒子不能充分发扬作为电解质催化剂的活性组分的作用。因此，产生了所负载的复合贵金属粒子的有效使用系数降低的问题。

另一方面，使用钼、钯或其他贵金属作为用于燃料电池催化剂(燃料电池用催化齐U)或用于廢氣淨化的催化剂。然而，因为贵金属元素在地球上的存在量有限，因此需要尽也许减少其使用。因此，作为使用贵金属的催化剂，例如，通常使用其中由碳或无机化合物制成的载体颗粒外表负载贵金属微粒的催化剂。另外，因为要紧在贵金属外表发扬催化作用，因此为了减少贵金属的使用并同时保全良好的催化作用，减小负载于具有上述结构的催化剂中的载体颗粒外表上的贵金属微粒的初级颗粒直径并增加其比外表积是有效的。用于制造这些金属微粒的方法的例子包括称为浸溃法的高温处置法、液相还原法和气相法。近年来，普遍使用可简化生产设备的液相还原法。也就是说，普遍使用使用还原剂还原金属离子以沉积到液相还原系统中并沉积金属微粒的方法。通过液相还原法制造的金属微粒的优点在于金属微粒不仅在球或晶粒的外形方面是均匀的，同时因为窄的粒径分布和小的初级粒径而特别适合作为燃料电池催化剂。

本文提供一种用于容易且廉价地制造燃料电池催化剂(燃料电池用催化剂)的方法，其中负载有具有纳米级均匀粒径的金微粒。本发明还提供一种聚合物电解质燃料电池催化剂和聚合物电解质燃料电池。通过将作为用作金离子源的金化合物的金盐或金络盐和还原剂溶解在对每种组分而言雷同的溶剂、特别是水中，来制备液相反应系统。因此，可溶于水或其他溶剂的各种金化合物可以用作作为金离子源的金化合物的金盐或金络盐。然而，如果也许的话，优选金化合物不含在沉积金微粒时也许引起核生长同时导致异常核生长或使催化剂性能劣化的任何杂质元素。杂质元素的例子包括卤族元素例如氯，硫，磷和硼。因此，可以制造负载有金微粒的负载金微粒的载体，所述金微粒具有纳米级均匀粒径，在球或晶粒外形方面更为均匀，同时具有窄的粒径分布。可以使用多种化合物作为适合用作金离子源的金化合物的金盐或金络盐。化合物的实例包括四氯金(III)酸四水合物(HAuCl4 4H20)。能够通过还原在液相反应系统中的金离子来沉积金微粒的任意的各种还原剂可以用作上述还原剂。这种还原剂的实例包括硼氢化钠、次磷酸钠、肼和过渡金属元素离子(三价钛离子、二价钴离子等)。在这点上，为了使待沉积的金微粒的初级粒径尽也许地小，优选将金离子的还原速率设定在330至550mV/h的范围内，同时将pH设定在4.0至6.0的范围内以进行还原、金微粒的沉积和负载。为了调节还原速率、沉积速率和负载速率，优选选择具有低还原能力的还原剂。液相反应系统中还原剂的密度不做的确限制，但是优选依据初级粒径的期望范围将还原剂的密度设定在合适的范围内，其原因是:通常还原剂的密度越低，则可以通过降低还原金离子、沉积和负载金微粒的速率来使每个负载金微粒的载体内的金微粒的初级粒径越小。另外，考虑到制造具有最小也许初级粒径的合金微粒，液相反应系统的pH在4.0至6.0的范围内。如上所述,优选使用不含任何杂质元素如碱金属、碱土金属、氯或其他卤族元素、硫、磷、硼等的氨或羧酸铵作为用于将反应系统的PH调节到上述范围内的pH调节剂。