更大，从而与现有纳米粒子相比可以显示出优异的活性。具体而言，所述中空金属纳米粒子可以用于多种领域中，例如催化剂、药物输送和气体传感器。中空金属纳米粒子为催化剂，并且可以用作化妆品、杀虫剂、动物营养物补充剂或食品补充剂中的活性物质药物，并且可以用作电子产品、光学制品或聚合物中的颜料。
[0203]下文中，将通过实施例来详细地具体描述本申请。然而，根据本申请的实施例可以以多种其他形式进行修改，并且本申请的范围并不解释为局限于以下所详述的实施例。
[0204]提供本申请的实施例是用于向本领域具有普通知识的人员更完整地描述本申请。
[0205]在下面的实施例中，第一金属盐为包括第一金属离子(其为第一金属的前体)或含有第一金属离子的原子团离子的盐，并可以用于提供第一金属。并且，第二金属盐为包括第二金属离子(其为第二金属的前体)或含有第二金属离子的原子团离子的盐，并可以用于提供第二金属。
[0206]<制备实施例1>
[0207]将作为第一金属盐的Ni (N03)2、作为第二金属盐的K2PtCl4、作为稳定剂的柠檬酸三钠、作为第一表面活性剂的十二烷基硫酸铵(ALS)，以及作为第二表面活性剂的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入蒸馏水中而形成溶液，并将该溶液搅拌30分钟。在此情况下，Ni (N03)2与K 2PtCl4的摩尔比为3:1，ALS的浓度为对于水的临界胶束浓度的两倍，CTAB的浓度为ALS的浓度的1/10摩尔。其后，向所述溶液中加入分散在水中的碳(碳黑(VulcanXC 72))并且搅拌30分钟，然后加入还原剂NaBH4反应30分钟。其后，以10，OOOrpm进行离心10分钟，弃去上层中的清液，然后将剩余的沉淀物在蒸馏水中再分散，并重复离心过程，制备载体-中空金属纳米粒子复合物。
[0208]根据制备实施例1制备的本申请的载体-中空金属纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图像示于图2至图5中。图4示出了 TEM的暗场，而图5示出了 TEM的亮场。
[0209]在根据本申请的载体-中空金属纳米粒子复合物的??Μ测量结果中，在暗场图像的情况下，当TEM的电子束接触到中空金属纳米粒子时，由于在质量较大的壳部分发生明显的衍射，所以壳部分显示为亮的图像，而在纳米粒子的具有中空的区域中，由于TEM的电子束发生相对轻的衍射，所以该区域显示为相对暗的图像。此外，TEM电子束原样透过具有空腔的区域，因此该区域显示为黑色图像。
[0210]〈制备实施例2>
[0211]将作为第一金属盐的Ni(N03)2、作为第二金属盐的K2PtCl4、作为稳定剂的柠檬酸三钠、作为第一表面活性剂的十二烷基硫酸钠(SDS)，以及作为第二表面活性剂的N-十二烷基-N，N- 二甲基-3-铵基-1-丙磺酸盐(DDAPS)加入蒸馏水中而形成溶液，并将该溶液搅拌30分钟。在此情况下，Ni (N03)2与K 2PtCl4的摩尔比为3:1，SDS的浓度为对于水的临界胶束浓度的两倍，DDAPS的浓度为SDS的浓度的1/10摩尔。其后，向所述溶液中加入分散在蒸馏水中的碳(碳黑(Vulcan XC 72))并且搅拌30分钟，然后向该溶液中加入还原剂NaBH4反应30分钟。
[0212]其后，以10，OOOrpm离心10分钟，弃去上层中的清液，然后将剩余的沉淀物在蒸馏水中再分散，并重复离心过程，制备载体-中空金属纳米粒子复合物。
[0213]根据制备实施例2制备的本申请的载体-中空金属纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图像示于图6和图7中。图6示出了 TEM的暗场，而图7示出了 TEM的亮场。
[0214]〈制备实施例3>
[0215]将作为第一金属盐的Ni (N03)2、作为第二金属盐的K2PtCl4、作为稳定剂的柠檬酸三钠、作为第一表面活性剂的十二烷基硫酸铵(ALS)，以及作为第二表面活性剂的1-庚烷磺酸钠(S 1-HS)加入蒸馏水中而形成溶液，并将该溶液搅拌30分钟。在此情况下，Ni(N03)2与K2PtCl4的摩尔比为3:1，SDS的浓度为对于水的临界胶束浓度的两倍，S 1-HS的浓度为ALS的浓度的1/2摩尔。其后，向所述溶液中加入分散在蒸馏水中的碳(科琴黑)并且搅拌30分钟，然后向该溶液中加入还原剂NaBH4反应30分钟。
[0216]其后，以10，OOOrpm离心10分钟，弃去上层中的清液，然后将剩余的沉淀物在蒸馏水中再分散，并重复离心过程，制备载体-中空金属纳米粒子复合物。
[0217]根据制备实施例3制备的本申请的载体-中空金属纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图像示于图8中。参见图8，可以确定，在载体上形成的中空金属纳米粒子的直径从图的左侧为 10.7nm、10.6nm、8.78nm、10.5nm、8.92nm 和 10.3nm。
[0218]如图2至图8所示，可以确定，根据本申请的载体-中空金属纳米粒子复合物的中空金属纳米粒子在载体上具有中空形状并且形成空腔。另一方面，图9为现有载体-金属纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图像，可以确定，金属纳米粒子不具有中空形状而是具有实体的球形。
[0219]因此，在根据本申请的示例性实施方案的燃料电池中，载体-中空金属纳米粒子复合物可以作为催化剂包含在阴极和阳极的至少一个电极中，通过纳米粒子的大表面积和高载体分散性提高催化活性，而且提高燃料电池的性能。
[0220]虽然已经参考附图描述了申请的示例性实施方案，但是本申请并不局限于这些示例性实施方案而可以用多种形式制备，对于本领域的技术人员显然的是，在不背离本申请的实质特征的情况下，可以对本申请进行各种变型和改变。因此，应该理解，上述示例性实施方案在所有的方面只是示例性的而非限定性的。
[0221][附图标记说明]
[0222]1:载体
[0223]2:中空金属纳米粒子
[0224]3:芯部分
[0225]4:壳部分
[0226]5:空腔
[0227]10:电解质膜
[0228]20，21:催化层
[0229]30，31:微孔层
[0230]40,41:电极基材
[0231]50，51:气体扩散层
[0232]60:堆
[0233]70:氧化剂供应部分
[0234]80:燃料供应部分
[0235]81:燃料箱
[0236]82 ??泵
【主权项】
1.一种燃料电池，该燃料电池包括: 阴极； 阳极；以及 设置在所述阴极与所述阳极之间的电解质膜， 其中，所述阴极和所述阳极中的至少一个包含中空金属纳米粒子负载在载体上的载体-中空金属纳米粒子复合物，所述中空金属纳米粒子包括:中空芯部分；壳部分，该壳部分包含第一金属和第二金属；以及空腔，该空腔在所述壳部分的一个或两个或更多个区域中，从该壳部分的外表面延伸至中空芯。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空金属纳米粒子包括一个空腔。3.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空金属纳米粒子的粒径为lnm以上且为30nm以下。4.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空金属纳米粒子具有球形的形状。5.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述空腔的直径为所述中空金属纳米粒子的粒径的5 %以上且为30 %以下。6.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述壳部分的厚度为大于Onm且在5nm以下。7.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空金属纳米粒子的粒径在该中空金属纳米粒子的平均粒径的80%至120%的范围内。8.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空芯部分的体积为所述中空金属纳米粒子的体积的50体积％以上。9.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空芯部分包含表面活性剂。10.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述壳部分的第一金属与第二金属的原子百分比为1:5至10:1ο11.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述壳部分包括:包含所述第一金属的第一壳；以及包含所述第二金属的第二壳。12.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述壳部分包括:所述第一金属的含量高于所述第二金属的含量的第一壳；以及所述第二金属的含量高于所述第一金属的含量的第二壳。13.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述第一金属和所述第二金属各自独立地为选自属于周期表中第III族至第XV族的金属、准金属、镧系金属和锕系金属中的至少一种。14.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述第一金属和所述第二金属各自独立地为选自铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、钼(Mo)、锇(Os)、铱(Ir)、铼(Re)、钯(Pd)、钒(V)、钨(W)、钴(Co)、铁(Fe)、砸(Se)、镍(Ni)、铋(Bi)、锡(Sn)、铬(Cr)、钛(Ti)、金(Au)、铈(Ce)、银(Ag)和铜(Cu)中的至少一种。15.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述载体为碳类材料或无机微粒。16.根据权利要求15所述的燃料电池，其中，所述碳类材料为选自炭黑、碳纳米管(CNT)、石墨、石墨烯、活性炭、中孔碳、碳纤维和碳纳米线中的至少一种。17.根据权利要求15所述的燃料电池，其中，所述无机微粒为选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛和氧化错中的至少一种。18.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空金属纳米粒子对所述载体的负载比为 1(^1:%至 70wt%。19.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述第一金属或所述第二金属彼此不同，并且所述第一金属或所述第二金属为镍。20.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述第一金属或所述第二金属彼此不同，并且所述第一金属或所述第二金属为铂。21.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述第一金属为镍，所述第二金属为铂。22.—种制备燃料电池的方法，该方法包括: 制备电解质膜； 在所述电解质膜的一个表面上形成阴极；以及 在所述电解质膜的另一表面上形成阳极， 其中，所述阴极和所述阳极中的至少一个包含中空金属纳米粒子负载在载体上的载体-中空金属纳米粒子复合物，所述中空金属纳米粒子包括:中空芯部分；壳部分，该壳部分包含第一金属和第二金属；以及空腔，该空腔在所述壳部分的一个或两个或更多个区域中，从该壳部分的外表面延伸至中空芯。23.根据权利要求22所述的燃料电池，其中，形成阴极和形成阳极中的至少一个还包括制备载体-中空金属纳米粒子复合物，并且 制备载体-中空金属纳米粒子复合物包括: 形成溶液，该溶液包含溶剂、在溶剂中提供第一金属离子或包含第一金属离子的原子团离子的第一金属盐、在溶剂中提供第二金属离子或包含第二金属离子的原子团离子的第二金属盐、在溶剂中形成胶束的第一表面活性剂，以及在溶剂中与第一表面活性剂一起形成胶束的第二表面活性剂； 向所述溶液中加入载体，进行搅拌；以及 向所述溶液中加入还原剂，在载体上形成中空金属纳米粒子。
【专利摘要】本申请涉及燃料电池及其制备方法。
【IPC分类】B82B1/00, B82B3/00
【公开号】CN105377748
【申请号】CN201480040568
【发明人】金洸贤, 黃教贤, 金相勳, 赵俊衍
【申请人】Lg化学株式会社
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2014年10月31日
【公告号】EP2998269A1, WO2015065120A1
[0203]下文中，将通过实施例来详细地具体描述本申请。然而，根据本申请的实施例可以以多种其他形式进行修改，并且本申请的范围并不解释为局限于以下所详述的实施例。
[0204]提供本申请的实施例是用于向本领域具有普通知识的人员更完整地描述本申请。
[0205]在下面的实施例中，第一金属盐为包括第一金属离子(其为第一金属的前体)或含有第一金属离子的原子团离子的盐，并可以用于提供第一金属。并且，第二金属盐为包括第二金属离子(其为第二金属的前体)或含有第二金属离子的原子团离子的盐，并可以用于提供第二金属。
[0206]<制备实施例1>
[0207]将作为第一金属盐的Ni (N03)2、作为第二金属盐的K2PtCl4、作为稳定剂的柠檬酸三钠、作为第一表面活性剂的十二烷基硫酸铵(ALS)，以及作为第二表面活性剂的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入蒸馏水中而形成溶液，并将该溶液搅拌30分钟。在此情况下，Ni (N03)2与K 2PtCl4的摩尔比为3:1，ALS的浓度为对于水的临界胶束浓度的两倍，CTAB的浓度为ALS的浓度的1/10摩尔。其后，向所述溶液中加入分散在水中的碳(碳黑(VulcanXC 72))并且搅拌30分钟，然后加入还原剂NaBH4反应30分钟。其后，以10，OOOrpm进行离心10分钟，弃去上层中的清液，然后将剩余的沉淀物在蒸馏水中再分散，并重复离心过程，制备载体-中空金属纳米粒子复合物。
[0208]根据制备实施例1制备的本申请的载体-中空金属纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图像示于图2至图5中。图4示出了 TEM的暗场，而图5示出了 TEM的亮场。
[0209]在根据本申请的载体-中空金属纳米粒子复合物的??Μ测量结果中，在暗场图像的情况下，当TEM的电子束接触到中空金属纳米粒子时，由于在质量较大的壳部分发生明显的衍射，所以壳部分显示为亮的图像，而在纳米粒子的具有中空的区域中，由于TEM的电子束发生相对轻的衍射，所以该区域显示为相对暗的图像。此外，TEM电子束原样透过具有空腔的区域，因此该区域显示为黑色图像。
[0210]〈制备实施例2>
[0211]将作为第一金属盐的Ni(N03)2、作为第二金属盐的K2PtCl4、作为稳定剂的柠檬酸三钠、作为第一表面活性剂的十二烷基硫酸钠(SDS)，以及作为第二表面活性剂的N-十二烷基-N，N- 二甲基-3-铵基-1-丙磺酸盐(DDAPS)加入蒸馏水中而形成溶液，并将该溶液搅拌30分钟。在此情况下，Ni (N03)2与K 2PtCl4的摩尔比为3:1，SDS的浓度为对于水的临界胶束浓度的两倍，DDAPS的浓度为SDS的浓度的1/10摩尔。其后，向所述溶液中加入分散在蒸馏水中的碳(碳黑(Vulcan XC 72))并且搅拌30分钟，然后向该溶液中加入还原剂NaBH4反应30分钟。
[0212]其后，以10，OOOrpm离心10分钟，弃去上层中的清液，然后将剩余的沉淀物在蒸馏水中再分散，并重复离心过程，制备载体-中空金属纳米粒子复合物。
[0213]根据制备实施例2制备的本申请的载体-中空金属纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图像示于图6和图7中。图6示出了 TEM的暗场，而图7示出了 TEM的亮场。
[0214]〈制备实施例3>
[0215]将作为第一金属盐的Ni (N03)2、作为第二金属盐的K2PtCl4、作为稳定剂的柠檬酸三钠、作为第一表面活性剂的十二烷基硫酸铵(ALS)，以及作为第二表面活性剂的1-庚烷磺酸钠(S 1-HS)加入蒸馏水中而形成溶液，并将该溶液搅拌30分钟。在此情况下，Ni(N03)2与K2PtCl4的摩尔比为3:1，SDS的浓度为对于水的临界胶束浓度的两倍，S 1-HS的浓度为ALS的浓度的1/2摩尔。其后，向所述溶液中加入分散在蒸馏水中的碳(科琴黑)并且搅拌30分钟，然后向该溶液中加入还原剂NaBH4反应30分钟。
[0216]其后，以10，OOOrpm离心10分钟，弃去上层中的清液，然后将剩余的沉淀物在蒸馏水中再分散，并重复离心过程，制备载体-中空金属纳米粒子复合物。
[0217]根据制备实施例3制备的本申请的载体-中空金属纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图像示于图8中。参见图8，可以确定，在载体上形成的中空金属纳米粒子的直径从图的左侧为 10.7nm、10.6nm、8.78nm、10.5nm、8.92nm 和 10.3nm。
[0218]如图2至图8所示，可以确定，根据本申请的载体-中空金属纳米粒子复合物的中空金属纳米粒子在载体上具有中空形状并且形成空腔。另一方面，图9为现有载体-金属纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图像，可以确定，金属纳米粒子不具有中空形状而是具有实体的球形。
[0219]因此，在根据本申请的示例性实施方案的燃料电池中，载体-中空金属纳米粒子复合物可以作为催化剂包含在阴极和阳极的至少一个电极中，通过纳米粒子的大表面积和高载体分散性提高催化活性，而且提高燃料电池的性能。
[0220]虽然已经参考附图描述了申请的示例性实施方案，但是本申请并不局限于这些示例性实施方案而可以用多种形式制备，对于本领域的技术人员显然的是，在不背离本申请的实质特征的情况下，可以对本申请进行各种变型和改变。因此，应该理解，上述示例性实施方案在所有的方面只是示例性的而非限定性的。
[0221][附图标记说明]
[0222]1:载体
[0223]2:中空金属纳米粒子
[0224]3:芯部分
[0225]4:壳部分
[0226]5:空腔
[0227]10:电解质膜
[0228]20，21:催化层
[0229]30，31:微孔层
[0230]40,41:电极基材
[0231]50，51:气体扩散层
[0232]60:堆
[0233]70:氧化剂供应部分
[0234]80:燃料供应部分
[0235]81:燃料箱
[0236]82 ??泵
【主权项】
1.一种燃料电池，该燃料电池包括: 阴极； 阳极；以及 设置在所述阴极与所述阳极之间的电解质膜， 其中，所述阴极和所述阳极中的至少一个包含中空金属纳米粒子负载在载体上的载体-中空金属纳米粒子复合物，所述中空金属纳米粒子包括:中空芯部分；壳部分，该壳部分包含第一金属和第二金属；以及空腔，该空腔在所述壳部分的一个或两个或更多个区域中，从该壳部分的外表面延伸至中空芯。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空金属纳米粒子包括一个空腔。3.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空金属纳米粒子的粒径为lnm以上且为30nm以下。4.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空金属纳米粒子具有球形的形状。5.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述空腔的直径为所述中空金属纳米粒子的粒径的5 %以上且为30 %以下。6.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述壳部分的厚度为大于Onm且在5nm以下。7.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空金属纳米粒子的粒径在该中空金属纳米粒子的平均粒径的80%至120%的范围内。8.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空芯部分的体积为所述中空金属纳米粒子的体积的50体积％以上。9.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空芯部分包含表面活性剂。10.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述壳部分的第一金属与第二金属的原子百分比为1:5至10:1ο11.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述壳部分包括:包含所述第一金属的第一壳；以及包含所述第二金属的第二壳。12.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述壳部分包括:所述第一金属的含量高于所述第二金属的含量的第一壳；以及所述第二金属的含量高于所述第一金属的含量的第二壳。13.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述第一金属和所述第二金属各自独立地为选自属于周期表中第III族至第XV族的金属、准金属、镧系金属和锕系金属中的至少一种。14.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述第一金属和所述第二金属各自独立地为选自铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、钼(Mo)、锇(Os)、铱(Ir)、铼(Re)、钯(Pd)、钒(V)、钨(W)、钴(Co)、铁(Fe)、砸(Se)、镍(Ni)、铋(Bi)、锡(Sn)、铬(Cr)、钛(Ti)、金(Au)、铈(Ce)、银(Ag)和铜(Cu)中的至少一种。15.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述载体为碳类材料或无机微粒。16.根据权利要求15所述的燃料电池，其中，所述碳类材料为选自炭黑、碳纳米管(CNT)、石墨、石墨烯、活性炭、中孔碳、碳纤维和碳纳米线中的至少一种。17.根据权利要求15所述的燃料电池，其中，所述无机微粒为选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛和氧化错中的至少一种。18.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述中空金属纳米粒子对所述载体的负载比为 1(^1:%至 70wt%。19.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述第一金属或所述第二金属彼此不同，并且所述第一金属或所述第二金属为镍。20.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述第一金属或所述第二金属彼此不同，并且所述第一金属或所述第二金属为铂。21.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述第一金属为镍，所述第二金属为铂。22.—种制备燃料电池的方法，该方法包括: 制备电解质膜； 在所述电解质膜的一个表面上形成阴极；以及 在所述电解质膜的另一表面上形成阳极， 其中，所述阴极和所述阳极中的至少一个包含中空金属纳米粒子负载在载体上的载体-中空金属纳米粒子复合物，所述中空金属纳米粒子包括:中空芯部分；壳部分，该壳部分包含第一金属和第二金属；以及空腔，该空腔在所述壳部分的一个或两个或更多个区域中，从该壳部分的外表面延伸至中空芯。23.根据权利要求22所述的燃料电池，其中，形成阴极和形成阳极中的至少一个还包括制备载体-中空金属纳米粒子复合物，并且 制备载体-中空金属纳米粒子复合物包括: 形成溶液，该溶液包含溶剂、在溶剂中提供第一金属离子或包含第一金属离子的原子团离子的第一金属盐、在溶剂中提供第二金属离子或包含第二金属离子的原子团离子的第二金属盐、在溶剂中形成胶束的第一表面活性剂，以及在溶剂中与第一表面活性剂一起形成胶束的第二表面活性剂； 向所述溶液中加入载体，进行搅拌；以及 向所述溶液中加入还原剂，在载体上形成中空金属纳米粒子。
【专利摘要】本申请涉及燃料电池及其制备方法。
【IPC分类】B82B1/00, B82B3/00
【公开号】CN105377748
【申请号】CN201480040568
【发明人】金洸贤, 黃教贤, 金相勳, 赵俊衍
【申请人】Lg化学株式会社
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2014年10月31日
【公告号】EP2998269A1, WO2015065120A1
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