(57)【要約】本発明は、基材の上に蒸着された実質的に半結晶質のＰｔＸａＡｌｂの化学活性化によって調製される、プロトン交換膜含有燃料電池において燃料の電解酸化に有用な触媒を提供し、式中、ａ＝１かつｂ＝８のとき、Ｘは、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群だけから選択されることを条件として、Ｘは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群から選択され、ａは少なくとも０．００１であり、ｂは少なくとも０．８５・（１＋ａ）である。これらの触媒は、飽和カロメル電極（ＳＣＥ）に対して約２４０ｍＶ未満のメタノールの電解酸化のための開始電圧を有する。それらは、燃料電池用の拡散バッキング電極および触媒被覆膜を製造する際に有用である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の上に蒸着された実質的に半結晶質のＰｔＸａＡｌｂの化学活性化によって調製される、プロトン交換膜含有燃料電池における燃料の電解酸化に有用な触媒であって、式中、ａ＝１かつｂ＝８のとき、Ｘが、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群だけから選択されることを条件として、Ｘが、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群から選択され、ａが少なくとも０．００１であり、ｂが少なくとも０．８５・（１＋ａ）である触媒。
【請求項２】
前記燃料が有機燃料であり、
Ｘ＝Ｒｕのとき、ａが少なくとも０．０１９であり、ｂが少なくとも３・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｒｈのとき、ａが少なくとも０．０１であり、ｂが少なくとも０．８５・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｗのとき、ａが少なくとも０．０１であり、ｂが少なくとも２．５・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｖのとき、ａが少なくとも０．０４であり、ｂが少なくとも２．８・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｈｆのとき、ａが少なくとも０．０１９であり、ｂが少なくとも１．５・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｚｒのとき、ａが少なくとも０．０１であり、ｂが少なくとも２．３・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｎｂのとき、ａが少なくとも０．００１であり、ｂが少なくとも２．２・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｃｏのとき、ａが少なくとも０．０３であり、ｂが少なくとも２．２・（１＋ａ）である
請求項１に記載の触媒。
【請求項３】
前記燃料がメタノールであり、メタノール電解酸化のための開始電圧が、飽和カロメル電極（ＳＣＥ）に対して約２４０ｍＶ未満である請求項１に記載の触媒。
【請求項４】
前記有機燃料がメタノールである請求項２に記載の触媒。
【請求項５】
前記燃料が水素である請求項１に記載の触媒。
【請求項６】
前記基材が、イオン交換膜およびガス拡散バッキングよりなる群から選択される請求項１に記載の触媒。
【請求項７】
前記イオン交換膜が、ペルフルオロ化スルホン酸ポリマーの酸性の形である請求項６に記載の触媒。
【請求項８】
前記ガス拡散バッキングが炭素ペーパーである請求項６に記載の触媒。
【請求項９】
前記ガス拡散バッキングが、炭素粒子およびフルオロポリマーのフィルムをさらに含んでなる請求項８に記載の触媒。
【請求項１０】
前記フルオロポリマーがＰＴＦＥである請求項９に記載の触媒。
【請求項１１】
飽和カロメル電極（ＳＣＥ）に対して約２４０ｍＶ未満のメタノール電解酸化のための開始電圧を有する３成分組成物を含んでなるイオン交換膜含有燃料電池用の触媒。
【請求項１２】
前記３成分組成物が、蒸着された実質的に半結晶質のＰｔＸａＡｌｂの化学活性化によって調製され、式中、ａ＝１かつｂ＝８のとき、Ｘが、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群だけから選択されることを条件として、Ｘが、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群から選択され、ａが少なくとも０．００１であり、ｂが少なくとも０．８５・（１＋ａ）ある請求項１１に記載の触媒。
【請求項１３】
その上に触媒組成物を適用した基材を含んでなる被覆された基材であって、前記触媒組成物が、蒸着された実質的に半結晶質の
ＰｔＸａＡｌｂ
の化学活性化によって調製される、燃料の電解酸化用の触媒を含んでなり、式中、ａ＝１かつｂ＝８のとき、Ｘが、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群だけから選択されることを条件として、Ｘが、Ｒｕ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｒｈ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群から選択され、ａが少なくとも０．００１であり、ｂが少なくとも０．８５・（１＋ａ）である基材。
【請求項１４】
前記基材が、イオン交換膜およびガス拡散バッキングよりなる群から選択される請求項１３に記載の被覆された基材。
【請求項１５】
前記イオン交換膜が、ペルフルオロ化スルホン酸ポリマーの酸性の形である請求項１４に記載の被覆された基材。
【請求項１６】
前記ガス拡散バッキングが炭素ペーパーである請求項１４に記載の被覆された基材。
【請求項１７】
前記ガス拡散バッキングが、炭素粒子およびフルオロポリマーのフィルムをさらに含んでなる請求項１６に記載の被覆された基材。
【請求項１８】
前記フルオロポリマーがＰＴＦＥである請求項１７に記載の被覆された基材。
【請求項１９】
前記燃料が、有機燃料および水素よりなる群から選択される請求項１３に記載の被覆された基材。
【請求項２０】
前記有機燃料がメタノールである請求項１９に記載の被覆された基材。
【請求項２１】
被覆された基材を含んでなる燃料電池であって、前記被覆された基材が、その上に触媒組成物を適用した基材を含んでなり、前記触媒組成物が、蒸着された実質的に半結晶質の
ＰｔＸａＡｌｂ
の化学活性化によって調製される、燃料の電解酸化用の触媒を含んでなり、式中、ａ＝１かつｂ＝８のとき、Ｘが、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群だけから選択されることを条件として、Ｘが、Ｒｕ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｒｈ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群から選択され、ａが少なくとも０．００１であり、ｂが少なくとも０．８５・（１＋ａ）である燃料電池。
【請求項２２】
前記基材が、イオン交換膜およびガス拡散バッキングよりなる群から選択される請求項２１に記載の燃料電池。
【請求項２３】
前記イオン交換膜が、ペルフルオロ化スルホン酸ポリマーの酸性の形である請求項２２に記載の燃料電池。
【請求項２４】
前記ガス拡散バッキングが炭素ペーパーである請求項２２に記載の燃料電池。
【請求項２５】
前記ガス拡散バッキングが、炭素粒子およびフルオロポリマーのフィルムをさらに含んでなる請求項２２に記載の燃料電池。
【請求項２６】
前記フルオロポリマーがＰＴＦＥである請求項２５に記載の被覆された基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸着触媒および燃料電池におけるその使用に関する。本発明はさらに、これらの触媒から形成される触媒被覆膜（ＣＣＭｓ）およびガス拡散バッキング電極（ＧＤＥ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料および酸化体を電気エネルギーに変換するデバイスである。電気化学電池には、一般に電解質により分離されたアノード電極およびカソード電極が含まれる。電気化学電池の良く知られている用途は、燃料電池用のスタックにあり、それは、電解質としてプロトン交換膜（以下「ＰＥＭ」）を使用する。このような電池では、水素などの反応物または還元流体がアノード電極に供給され、酸素または空気などの酸化体がカソード電極に供給される。水素は、アノード電極の表面で電気化学的に反応して、水素イオンおよび電子を発生する。この電子は、外部負荷回路に導かれ、次いでカソード電極に戻り、一方、水素イオンは、電解質を経由してカソード電極に移動し、そこで、水素イオンは、酸化体および電子と反応して、水を発生し、かつ熱エネルギーを放出する。
【０００３】
最も効率のよい燃料電池は、燃料として純粋水素および酸化体として酸素を使用する。残念なことに、純粋水素の使用は、相当数の知られた欠点を有し、その小さくないものが、比較的高いコストと貯蔵を考慮すべきことである。したがって、燃料として純粋水素以外のものを使用して燃料電池を作動させる試みがなされてきた。
【０００４】
例えば、燃料電池原料として水蒸気改質メタノールから得られる水素リッチガス混合物を使用する試みがなされてきた。これは、メタノールが、水素に比べて、より容易に車両に貯蔵できることから、都合のよい水素ガス源がメタノールの水蒸気改質になりえるので、自動車への応用の場合特に重要だろう。また、直接型燃料電池が改質装置の必要性をなくすので、この原料としてメタノールを使用する試みがなされてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＯの存在下での水素の電解酸化またはメタノールの電解酸化のための開始電圧を低減できる燃料電池アノード触媒のニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様では、本発明は、基材の上に蒸着された実質的に半結晶質のＰｔＸａＡｌｂの化学活性化により調製される、プロトン交換膜含有燃料電池における燃料の電解酸化に有用な触媒を提供し、式中、ａ＝１かつｂ＝８のとき、Ｘが、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群だけから選択されることを条件として、Ｘが、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群から選択され、ａは少なくとも０．００１であり、ｂは少なくとも０．８５・（１＋ａ）（・は、０．８５と（１＋ａ）との掛算を示す記号である）である。
【０００７】
第２の態様では、本発明は、イオン交換膜含有燃料電池用の触媒を提供し、この触媒は、飽和カロメル電極（ＳＣＥ）に対して約２４０ｍＶ未満のメタノールの電解酸化のための開始電圧を有する３成分組成物を含んでなる。
【０００８】
第３の態様では、本発明は、その上に触媒組成物を適用した基材を含んでなる被覆された基材を提供し、この場合、この触媒組成物は、蒸着された実質的に半結晶質の
ＰｔＸａＡｌｂ
の化学活性化により調製される、燃料の電解酸化用の触媒を含んでなり、式中、ａ＝１かつｂ＝８のとき、Ｘが、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群だけから選択されることを条件として、Ｘが、Ｒｕ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｒｈ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群から選択され、ａは少なくとも０．００１であり、ｂは少なくとも０．８５・（１＋ａ）である。
【０００９】
第４の態様では、本発明は、被覆された基材を含んでなる燃料電池を提供し、この被覆された基材は、その上に触媒組成物を有する基材を含んでなり、この場合、この触媒組成物は、蒸着された実質的に半結晶質の
ＰｔＸａＡｌｂ
の化学活性化により調製される、燃料の電解酸化用の触媒を含んでなり、式中、ａ＝１かつｂ＝８のとき、Ｘが、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群だけから選択されることを条件として、Ｘが、Ｒｕ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｒｈ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群から選択され、ａは少なくとも０．００１であり、ｂは少なくとも０．８５・（１＋ａ）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
定義：
開始電圧は、飽和カロメル（ｃａｌｕｍｅｌ）電極（ＳＣＥ）を基準にして、室温の１ＭＣＨ３ＯＨ／０．５ＭＨ２ＳＯ４溶液中での線形分極試験の際にメタノールの酸化電流が始まる電位として定義される。
【００１１】
標準カロメル電極（ＳＣＥ）は、飽和したＫＣｌ溶液と接触したＨｇ電極であり、その溶液は、Ｈｇイオンと共にやや溶けにくい塩Ｈｇ２Ｃｌ２を形成するＣｌ−アニオンを含む。これらの環境の下で、Ｈｇ|Ｈｇ２Ｃｌ２|Ｃｌ−電極電位は、水素電極（通常０ボルトに設定される）に対して０．２６８ボルトで安定化される。
【００１２】
半結晶質は、長距離の原子整列を有しない領域（無定形領域）が、長距離の原子整列を有する他の領域（結晶領域）と共に共存する固体の特性として定義される。
【００１３】
電解酸化は、電子およびプロトンを発生する仕方で燃料を変化させる電気化学的プロセスとして定義される。
【００１４】
化学活性化は、化学物質への曝露の際に、所与の前駆体調合物（これはかかる活性を全く有しない）の実用的触媒活性の獲得として定義される。
【００１５】
蒸着は、それによってガスが、固体基材の表面上に沈積した固体層に変化する物理的相変態プロセスとして定義される。
【００１６】
触媒：
プロトン交換膜含有燃料電池において燃料の電解酸化に有用な本発明の触媒は、基材、より典型的にはシート基材の上に蒸着された実質的に半結晶質のＰｔＸａＡｌｂの化学活性化によって調製され、式中、ａ＝１かつｂ＝８のとき、Ｘは、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群だけから選択されることを条件として、Ｘが、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群から選択され、ａは少なくとも０．００１であり、ｂは少なくとも０．８５・（１＋ａ）ある。
【００１７】
燃料がメタノールなどの有機燃料である場合、触媒は、蒸着された実質的に半結晶質のＰｔＸａＡｌｂの化学活性化により調製され、式中、Ｘは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群から選択され、ここで、
Ｘ＝Ｒｕのとき、ａは少なくとも０．０１９であり、ｂは少なくとも３・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｒｈのとき、ａは少なくとも０．０１であり、ｂは少なくとも０．８５・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｗのとき、ａは少なくとも０．０１であり、ｂは少なくとも２．５・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｖのとき、ａは少なくとも０．０４であり、ｂは少なくとも２．８・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｈｆのとき、ａは少なくとも０．０１９であり、ｂは少なくとも１．５・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｚｒのとき、ａは少なくとも０．０１であり、ｂは少なくとも２．３・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｎｂのとき、ａは少なくとも０．００１であり、ｂは少なくとも２．２・（１＋ａ）であり、
Ｘ＝Ｃｏのとき、ａは少なくとも０．０３であり、ｂは少なくとも２．２・（１＋ａ）である。
【００１８】
基材：
基材、通常シート基材は、ガス拡散バッキングまたはイオン交換膜でよい。
【００１９】
ガス拡散バッキング：
ガス拡散バッキングは、織成または織成されてない炭素繊維から製造される紙または布などの多孔性、伝導性のシート材料を含んでなり、それは処理されて、親水性または疎水性挙動を示し、ガス拡散層は、典型的には炭素粒子およびポリテトラフルオロエチレン（ｐｏｌｙｔｈｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）（ＰＴＦＥ）などのフルオロポリマーのフィルムを含んでなる。
【００２０】
イオン交換膜：
触媒被覆膜（ＣＣＭ）を調製する際に使用する基材は、通常高度フッ化イオン交換ポリマーであるイオン交換ポリマーの膜でよい。「高度フッ化」は、ポリマー中の一価原子の総数の少なくとも９０％がフッ素原子であることを意味する。より典型的には、ポリマーはペルフルオロ化される。ポリマーがスルホネート・イオン交換基を有することもまた、燃料電池で使用するのに典型的である。用語「スルホネート・イオン交換基」は、スルホン酸基またはスルホン酸基の塩、典型的にはアルカリ金属塩またはアンモニウム塩、の両方を指すことを意図する。ポリマーが、燃料電池の場合のようなプロトン交換に使用されることになる応用では、スルホン酸の形のポリマーが典型的である。使用するときポリマーがスルホン酸形でない場合、使用の前に、ポリマーを酸性の形に転化する後処理酸交換ステップが必要になるだろう。
【００２１】
典型的には、使用されるイオン交換ポリマーは、骨格鎖に結合した繰返し側鎖を有するポリマー骨格鎖を含んでなり、その側鎖はイオン交換基を保持している。可能なポリマーには、ホモポリマーまたは２種以上のモノマーのコポリマーが含まれる。コポリマーは、通常、非官能性モノマーである１種のモノマーから形成され、それは、ポリマー骨格鎖用の炭素原子を提供する。第２のモノマーは、ポリマー骨格鎖用の炭素原子を提供するとともに、カチオン交換基またはその前駆体を保持する側鎖を与え、前駆体には、例えば、後でスルホネート・イオン交換基に加水分解できるフッ化スルホニル（−ＳＯ２Ｆ）のようなハロゲン化スルホニル基がある。例えば、第１のフッ化ビニルモノマーと、フッ化スルホニル基（−ＳＯ２Ｆ）を有する第２のフッ化ビニルモノマーとのコポリマーを使用することができる。可能な第１のモノマーには、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニル、フッ化ビニリジン（ｖｉｎｙｌｉｄｉｎｅ）、トリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ペルフルオロ（アルキルビニルエーテル）、およびその混合物が含まれる。可能な第２のモノマーには、ポリマー中で所望の側鎖を提供することができるスルホネート・イオン交換基または前駆体基を有する様々なフッ化ビニルエーテル類が含まれる。第１のモノマーはまた、スルホネート・イオン交換基のイオン交換機能に干渉しない側鎖を有してもよい。その他のモノマーもまた、所望ならこれらのポリマーに組み込むことができる。
【００２２】
典型的なポリマーには、高度フッ化、最も典型的にはペルフルオロ化炭素骨格鎖、および式−（Ｏ−ＣＦ２ＣＦＲｆ）ａ−Ｏ−ＣＦ２ＣＦＲ’ｆＳＯ３Ｈにより表される側鎖が含まれ、式中、ＲｆおよびＲ’ｆは、独立してＦ、Ｃｌ、または１〜１０個の炭素原子を有するペルフルオロ化アルキル基から選択され、ａ＝０、１または２である。典型的なポリマーには、例えば米国特許第３，２８２，８７５号明細書、並びに、米国特許第４，３５８，５４５号明細書および米国特許第４，９４０，５２５号明細書に開示されているポリマーが含まれる。一つの典型的なポリマーは、ペルフルオロカーボン骨格鎖を含んでなり、その側鎖は式−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ３Ｈにより表される。このタイプのポリマーは、米国特許第３，２８２，８７５号明細書に開示されており、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）と、ペルフルオロ化ビニルエーテルＣＦ２＝ＣＦ−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ（ＣＦ３）−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆ、すなわちペルフルオロ（３，６−ジオキサ−４−メチル−７−オクテンスルホニル・フルオリド）（ＰＤＭＯＦ）とを共重合して、続けてフッ化スルホニル基の加水分解によりスルホン酸基に転化し、イオン交換してプロトン形としても知られている酸に転化することにより、製造することができる。米国特許第４，３５８，５４５号明細書および米国特許第４，９４０，５２５号明細書において開示されているこのタイプの一つの典型的なポリマーは、側鎖−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ３Ｈを有する。このポリマーは、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）と、ペルフルオロ化ビニルエーテルＣＦ２＝ＣＦ−Ｏ−ＣＦ２ＣＦ２ＳＯ２Ｆ、すなわちペルフルオロ（３−オキサ−４−ペンテンスルホニル・フルオリド）（ＰＯＰＦ）との共重合、続けて加水分解および酸交換により、製造することができる。
【００２３】
上記タイプのペルフルオロ化ポリマーの場合、ポリマーのイオン交換容量は、イオン交換比（「ＩＸＲ」）によって表すことができる。イオン交換比は、イオン交換基に関連したポリマー骨格鎖中の炭素原子数として定義される。ポリマーの場合広い範囲のＩＸＲ値が可能である。しかし、典型的には、ペルフルオロ化スルホネート・ポリマーの場合、ＩＸＲの範囲は通常約７〜約３３である。上記タイプのペルフルオロ化ポリマーの場合、ポリマーのカチオン交換容量は、しばしば当量（ＥＷ）によって表される。本出願の目的では、当量（ＥＷ）は、１当量のＮａＯＨを中和するのに必要な酸性の形をしたポリマーの重量であると定義される。ポリマーがペルフルオロカーボン骨格鎖を含んでなり、側鎖が−Ｏ−ＣＦ２−ＣＦ（ＣＦ３）−Ｏ−ＣＦ２−ＣＦ２−ＳＯ３Ｈ（またはその塩）であるスルホネート・ポリマーの場合、約７〜約３３のＩＸＲに対応する当量の範囲は、約７００ＥＷ〜約２０００ＥＷである。このポリマーの場合のＩＸＲの好ましい範囲は、約８〜約２３（７５０〜１５００ＥＷ）、最も好ましくは約９〜約１５（８００〜１１００ＥＷ）である。
【００２４】
膜は、一般に周知の押出成形技術またはキャスティング技術によって製造することができ、応用分野に応じて変化させることができる厚さを有し、典型的には３５０μｍ以下の厚さを有する。趨勢は、非常に薄い、すなわち５０μｍ以下の膜を使用することにある。ポリマーは、アルカリ金属塩またはアンモニウム塩の形をしている場合があるが、一方、膜中のポリマーが、後処理の酸交換ステップを回避するために、酸性の形をしていることが典型的である。酸性の形をした適切なペルフルオロ化スルホン酸高分子膜は、商標ナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ）（登録商標）の下でイー・アイ・デュポン・ドゥ・ヌムール・アンド・カンパニー（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ）から入手できる。
【００２５】
補強されたペルフルオロ化イオン交換高分子膜もまた、ＣＣＭ製造に利用することができる。補強された膜は、イオン交換ポリマーを多孔性の膨潤したＰＴＦＥ（ｅＰＴＦＥ）に含浸することにより、製造することができる。ｅＰＴＦＥは、Ｗ．Ｌ．ゴア・アンド・アソシエイツ社（Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ  ａｎｄ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．）（メリーランド州エルクトン（Ｅｌｋｔｏｎ））から商品名「ゴアテックス（Ｇｏｒｅｔｅｘ）」の下で、および、テトラテック（Ｔｅｔｒａｔｅｃ）（ペンシルバニア州フィースタビィレ（Ｆｅａｓｔｅｒｖｉｌｌｅ））から商品名「テトラテックス（Ｔｅｔｒａｔｅｘ）」の下で市販されている。ペルフルオロ化スルホン酸ポリマーのｅＰＴＦＥへの含浸は、米国特許第５，５４７，５５１号明細書および米国特許第６，１１０，３３３号明細書に開示されている。
【００２６】
あるいは、イオン交換膜が、機械的性質の改善のため、コストの低減および／または他の理由から、多孔性の支持体であってもよい。多孔性の支持体は、例えば、ポリオレフィンなどの炭化水素、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、それら材料のコポリマー、およびその他の広範囲の構成成分から製造することができる。ポリクロロトリフルオロエチレンなどのペルハロゲン化ポリマーもまた、使用することができる。この膜はまた、ポリベンジマダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍａｄａｚｏｌｅ）・ポリマーから製造することができる。この膜は、米国特許第５，５２５，４３６号明細書、米国特許第５，７１６，７２７号明細書、米国特許第６，０２５，０８５号明細書、および米国特許第６，０９９，９８８号明細書に記載されているように、トリフルオロ酢酸（ＴＦＡ）をドープしたリン酸（Ｈ３ＰＯ４）中にポリベンジマダゾール（ｐｏｌｙｂｅｎｚｉｍａｄａｚｏｌｅ）溶液をキャストすることにより製造することができる。
【００２７】
合成方法：
特定の実施形態では、ＰｔＸａＡｌｂ（ａ＞０、ｂ＞０）前駆体は、蒸着反応器中で合成することができ、それは、水冷式の円筒状のステンレス鋼ホルダーからなり、そのホルダーはその縦軸の回りに回転する。他の周知の蒸着反応器には、抵抗加熱真空蒸発器、誘導加熱真空蒸発器、電子粒子加熱真空蒸発器、２次イオンビームスパッタリング蒸発器、および化学蒸着反応器が含まれる。
【００２８】
基材は、ホルダーの上に所与の高さで固定される。４つのマグネトロン・スパッタリング揮散源を、それぞれ直径数センチメートルのターゲット、典型的には直径約５〜約２０ｃｍのターゲット、最も典型的には直径約５ｃｍのターゲットを使用して、ホルダーの周りに互いに約９０°で、円筒状ホルダーの半径方向に向き合わせて、配置することができる。基材の高さ「ｚ」は、ｚ＝０として定義される。それぞれのマグネトロン・スパッタリング揮散源のセンターラインの高さ「ｚ」を、独立して制御し、基材のそれを基準にすることができる。基材の上に配置されるマグネトロン・スパッタリング揮散源の位置は、高さｚ＞０と定義され、基材の下に配置されるマグネトロン・スパッタリング揮散源の位置は、高さｚ＜０と定義される。
【００２９】
ＰｔＸａＡｌｂ（ａ＞０、ｂ＞０）前駆体を、移動する基材、例えばスペクトラカーブ（Ｓｐｅｃｔｒａｃａｒｂ）２０５０Ａ炭素ペーパーなどのシート基材の上に蒸着することができる。基材を、設定された被覆される表面領域を与えるように適切にマスキングし、元素のＰｔ、Ｘ、およびＡｌ蒸気が、それぞれ別々のマグネトロン・スパッタリング揮散源から放出され、基材を蒸気に繰り返し曝露させることによって逐次的に堆積させ、必要とされるサイズの前駆体コーティングが形成される。ＰｔＸａＡｌｂの化学量論の制御は、それぞれのマグネトロン・スパッタリング揮散源に供給される点弧電力、および基材の高さに相対的なその高さを、独立して制御することによって達成することができる。蒸着ステップを通じて、外部基板加熱は全く実行しない。それぞれの合成に対し、前駆体の蒸着の前に、蒸着系を、約５・１０−６トル未満の合成前のベース圧力までポンプで排気し、その後Ｏ２流れで充満させて約５０ミリトルの圧力まで戻し、基材を処理することになる。かかる基材処理を実行するため、円筒状のホルダーを、約１０〜約５００ワット、より典型的には約６０〜約３００ワット、最も典型的には約８０ワットで、約１〜約１００分間、より典型的には約１０分間、ＲＦ点弧することになる。次に、ガスフローをＯ２流れからＡｒ流れに切替えて、圧力を所要圧力に調節し、前駆体の蒸着を実施することになる。基材を約１〜約５０ｒｐｍ、典型的には約５ＲＰＭで回転させながら、合成を行うことができ、蒸着のための合計の共通点弧時間を、所望の前駆体コーティング厚さによって決定する。典型的には約１０分である。
【００３０】
化学活性化：
一実施形態では、ＰｔＸａＡｌｂ前駆体被覆基材を、ＲＴに保持された２０重量％ＮａＯＨ溶液などの苛性溶液中に、設定された最小時間、典型的には約５分間、最高で約１２０分間浸漬し、続けて、高温、典型的には８０℃で、２０重量％ＮａＯＨ溶液などの苛性溶液に、設定された最小時間、典型的には約５分間、最高で約１２０分間浸漬することになる。他の有用な苛性溶液には、水酸化カリウム（ｐｏｔａｓｉｕｍ）溶液が含まれる。苛性溶液の体積は、一般に苛性アルカリが使い尽くされる体積より何桁か大きいだろう。
【００３１】
燃料電池：
本発明の燃料電池は、被覆された基材を含んでなり、その被覆された基材は、その上に触媒組成物を有する基材を含んでなり、その触媒組成物は、燃料の電解酸化用の触媒を含んでなり、それは、蒸着された実質的に半結晶質の
ＰｔＸａＡｌｂ
の化学活性化により調製される。式中、ａ＝１かつｂ＝８のとき、Ｘは、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群だけから選択されることを条件として、Ｘが、Ｒｕ、Ｗ、Ｖ、Ｈｆ、Ｒｈ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、およびＣｏよりなる群から選択され、ａは少なくとも０．００１であり、ｂは少なくとも０．８５・（１＋ａ）である。被覆された基材は、触媒被覆膜または被覆されたガス拡散バッキング電極になることができる。
【００３２】
アノードおよびカソードの触媒は、一般に所望の電気化学反応を誘起する。燃料電池はまた、一般に、それぞれの電極と電気的に接触し、電極への反応物の拡散を可能にする多孔性の導電性シート材料を含んでなる。前述したように、触媒組成物を、イオン交換膜の上に適用して、すなわち蒸着して、その上にアノードまたはカソードを形成し、それによって触媒被覆膜を形成することができる。あるいは、触媒組成物を、通常ガス拡散バッキングとして知られている多孔性の導電性シート材料の上に適用して、すなわち蒸着して、ガス拡散バッキング電極を形成することができる。
【００３３】
膜、および、その膜上にまたはガス拡散バッキング上に、あるいはその両方に適用された触媒組成物を有するガス拡散バッキングを含む組立体は、しばしば膜電極組立体（「ＭＥＡ」）と呼ばれる。導電材料からできており、反応物の流れ場を提供する双極形セパレーター・プレートが、相当数の隣接するＭＥＡの間に置かれる。相当数のＭＥＡおよび両極性プレートは、このようにして組立てられ、燃料電池スタックを提供する。
【００３４】
これらのタイプの燃料電池では電極が効果的に機能するためには、効果的なアノードおよびカソード触媒サイトが提供されなければならない。効果的なアノード触媒サイトは、いくつかの望ましい特性を有する：（１）このサイトは、反応物にアクセス可能である、（２）このサイトは、ガス拡散層に電気的に接続される、および（３）このサイトは、イオンによって燃料電池の電解質に接続される。効果的なカソード触媒サイトは、いくつかの望ましい特性を有する：（１）このサイトは、反応物にアクセス可能である、（２）このサイトは、ガス拡散層に電気的に接続される、および（３）このサイトは、イオンによって燃料電池の電解質に接続される。
【００３５】
燃料電池スタック中の反応物流体流れの流路をシールして、燃料および酸化体の流体流れの漏れまたは相互混合を防ぐことが望ましい。燃料電池スタックは、通常、セパレーター・プレートと膜との間に、エラストマのガスケットなどの、流体に気密な弾力シールを使用する。かかるシールは、通常マニホールドおよび電気化学的に活性な領域を取り囲む。シーリングは、圧縮力を弾力的なガスケット・シールにかけることによって達成することができる。
【００３６】
セパレーター・プレートの表面とＭＥＡの間のシーリングおよび電気的接触、並びに、隣接する燃料電池スタック構成部材間のシーリングを強化するために、燃料電池スタックは圧縮される。従来の燃料電池スタックでは、燃料電池スタックは、通常、それらの組立てられた状態で、一対のエンド・プレートの間で、１個もしくはそれ以上の金属タイロッド（ｔｉｅ  ｒｏｄｓ）または引張部材により圧縮され、かつ維持される。タイロッドは、通常スタック・エンド・プレートに形成された貫通穴を延在し、それらをスタック組立体の中に固定するために付随するナットまたは他の固定手段を有する。タイロッドは外部にあってもよいが、すなわち燃料電池プレートとＭＥＡを通って延在しなくてもよいが、しかし、外部タイロッドは、スタック重量および体積を大幅に増す可能性がある。米国特許第５，４８４，６６６号明細書に記載されているように、燃料電池プレートとＭＥＡの開口部を通じてスタック・エンド・プレート間を延在する、１個もしくはそれ以上の内部タイロッドを使用することが、一般に好ましい。通常、２枚のエンド・プレートを互いの方向へ圧接するために、タイロッドおよびエンド・プレートと協同する弾力的な部材を利用して、燃料電池スタックを圧縮する。
【００３７】
弾力的な部材は、例えば、熱もしくは圧力誘起の膨張および収縮、および／または変形によって引き起こされたスタック長さの変化を受け入れる。すなわち、燃料電池組立体の厚さが縮んだ場合、燃料電池組立体上の圧縮荷重を維持するために、弾力的な部材は膨張する。弾力的な部材はまた、燃料電池組立体の厚さの増加を受け入れるために、縮むことができる。弾力的な部材は、作動中の燃料電池に予想される膨張および収縮の範囲内で、燃料電池組立体に対し実質的に均一な圧縮力を提供するように選択することが好ましい。弾力的な部材は、機械的なばね、油圧もしくは空気圧ピストン、ばねプレート、プレッシャーパッド（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｐａｄｓ）、または、他の弾力性のある圧縮デバイスもしくはメカニズムを含んでなってもよい。例えば、１個もしくはそれ以上のばねプレートを、スタック中で層状にしてもよい。弾力的な部材は、引張部材と協同して、エンド・プレートを互いの方向へ圧接し、それによって圧縮荷重を燃料電池組立体にかけて、引張荷重を引張部材にかける。
【実施例】
【００３８】
ＭｅＯＨ電解酸化のためのＥｏｎｓの決定：
対向電極がＰｔコイルであり、ＳＣＥ（飽和電極）を基準電極として使用した３個の電極系を使用して、１ＭＣＨ３ＯＨ／０．５ＭＨ２ＳＯ４溶液中の線形分極によって、１．５ｃｍ２の活性領域を有する電極を評価した。電位を、開路電位（Ｅｏｃ）から、ＳＣＥに対して０．７Ｖまでスキャンした。電流は、全ての電位で比較した。ＭｅＯＨ電解酸化のためのＥｏｎｓは、メタノール酸化の電流が始まる電位として定義した。
【００３９】
線形分極試験の前に、対向電極がＰｔコイルであり、ＳＣＥを基準電極として使用した３個の電極系を使用して、１ＭＣＨ３ＯＨ／０．５ＭＨ２ＳＯ４溶液中のサイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）を使用することによって、電極を、メタノール酸化についてその活性を評価した。電位を、５０ｍＶ／秒のスキャン速度で開路電位（Ｅｏｃ）から１．１Ｖまでスキャンし、−０．２５Ｖに戻した。
【００４０】
電極製作：
インクベースの触媒を含む電極を、スペクトラカーブ（登録商標）２０５０Ａ炭素ペーパー上にナフィオン（登録商標）／触媒インクを堆積させ、１．５ｃｍ２を覆うことによって製作した。
【００４１】
試験的触媒を含む電極を、スペクトラカーブ（登録商標）２０５０Ａ炭素ペーパーの１．５ｃｍ２領域の上に、試験的な３成分Ｐｔ前駆体合金を蒸着することにより、次の手順を使用して製作した。
【００４２】
試験的触媒合成：
ＰｔＸａＡｌｂ（ａ＞０、ｂ＞０）前駆体を、水冷式の円筒状のステンレス鋼ホルダーからなり、ホルダーがその縦軸の回りに回転する蒸着反応器で合成した。スペクトラカーブ（登録商標）２０５０Ａ炭素ペーパー基材を、ホルダーの上に所与の高さで固定した。４つのマグネトロン・スパッタリング揮散源を、それぞれ直径５ｃｍのターゲットを使用して、ホルダーの周りに互いに９０°で、円筒状ホルダーの半径方向に向き合わせて、配置した。基材の高さ「ｚ」を、ｚ＝０として定義した。それぞれのマグネトロン・スパッタリング揮散源のセンターラインの高さ「ｚ」を、独立して制御し、基材のそれを基準にした。基材の上に配置されるマグネトロン・スパッタリング揮散源の位置を、高さｚ＞０と定義し、基材の下に配置されるマグネトロン・スパッタリング揮散源の位置を、高さｚ＜０と定義した。
【００４３】
ＰｔＸａＡｌｂ（ａ＞０、ｂ＞０）前駆体を、１．５ｃｍ２の被覆される表面領域を与えるように適切にマスキングして、移動する幅１ｃｍのスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパー基材の上に、それぞれが別々のマグネトロン・スパッタリング揮散源から放出される、元素のＰｔ、Ｘ、およびＡｌ蒸気を逐次的に堆積させることによって、蒸着した。回転する基材を、異なる蒸気に順番に繰り返し露出させた。ＰｔＸａＡｌｂ化学量論の制御は、それぞれのマグネトロン・スパッタリング揮散源に供給される点弧電力、および、基材の高さに相対的なその高さを、独立して制御することにより達成した。蒸着ステップを通じて、外部基板加熱は全く実行しなかった。それぞれの合成に対し、前駆体の蒸着の前に、蒸着系を、５・１０−６トル未満の合成前のベース圧力までポンプで排気し、その後Ｏ２流れで充満させて５０ミリトルの圧力まで戻し、基材を処理した。かかる基材処理を実行するため、円筒状のホルダーを、８０ワットで１０分間ＲＦ点弧して、基材の回りにグロー放電を発生させた。次に、ガスフローをＯ２流れからＡｒ流れに切替えて、圧力を１０ミリトルに調節し、前駆体の蒸着を実施した。かかる合成を、５ＲＰＭで回転する、電気的に接地された基材上で行い、蒸着のための合計の共通点弧時間は１０分であった。
【００４４】
いくつかの前駆体調合物のＸ線回折解析では、回折グラム（ｄｉｆｆｒａｃｔｏｇｒａｍ）の２０°〜３０°散乱方角に幅広いエンベロープが存在することによって証明されるように、これらの材料内での無定形領域の存在が示された。かかる証拠は、これらのアルミナイド材料の合成の際に無定形化を促進する水冷式ホルダーが及ぼす、予期される急冷効果に矛盾しない。
【００４５】
その後、ＰｔＸａＡｌｂ前駆体で被覆された１．５ｃｍ２の領域を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーを、ＲＴに保持された２０重量％のＮａＯＨ溶液中に最小で５分、最大で１２０分間浸漬し、続けて８０℃に保持された２０重量％のＮａＯＨ溶液中に最小で５分、最大で１２０分間浸漬した。苛性溶液の体積は、苛性アルカリが使い尽くされる体積より何桁か大きかった。
【００４６】
対照１：
米国特許第５，８７２，０７４号明細書の実施例４を再現し、３個のＷＣボールを有するＷＣるつぼよりなるＳＰＥＸ  ８０００（登録商標）グラインダを使用して、Ｐｔ、Ｒｕ、およびＡｌの元素粉末の混合物から化学量論式ＰｔＲｕＡｌ８を有するメカニカルアロイ粉末（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  ａｌｌｏｙｅｄ  ｐｏｗｄｅｒｓ）を調製した。粉末に対するボールの重量比は、４：１であった。高エネルギー・ボール製錬作業を４０時間続けた。粒径分布分析、走査電子顕微鏡検査法分析、およびＩＣＰ分析により、米国特許第５，８７２，０７４号明細書で主張されている研究成果を確認した。調製されたＰｔＲｕＡｌ８粉末を、ナフィオン（登録商標）９９０ＥＷの溶液中に超音波混合し、９２重量％アミルアルコール溶媒中に８重量％の固体を有し、８０％のＰｔＲｕＡｌ８粉末と２０重量％のナフィオン（登録商標）９９０ＥＷの固体重量比を有するインクを生成した。
【００４７】
スペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーをかかるインクで塗布して、１．５ｃｍ２の範囲にわたって分布した公称値０．６５ｍｇＰｔ／ｃｍ２の添着を達成した。次に、この電極を、ＲＴに保持された２０重量％ＮａＯＨ溶液中に１５分間浸漬し、続けて８０℃に保持された２０重量％ＮａＯＨ溶液中に１５分間浸漬することによって、この電極に苛性活性化処理を施した。ＣＶおよび線形分極試験では、上記電極は、ＳＣＥに対してＭｅＯＨ電解酸化２５０ｍＶのＥｏｎｓを示した。
【００４８】
実施例１：
上記試験のセクションで詳述したように、基材のＲＦ酸素グロー放電処理の後、上記試験的な触媒合成手順を使用して、ｚ＝−０．７５ｃｍに配置した１００ワットのＰｔマグネトロン・スパッタリング揮散源、ｚ＝−７．００ｃｍに配置した１００ワットのＲｕマグネトロン・スパッタリング揮散源、ｚ＝−０．７５ｃｍに配置した４００ワットのＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源、および、ｚ＝−７．００ｃｍに配置した４００ワットの追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を共通点弧することによって、前駆体を合成した。次に、こうして形成された半結晶質の前駆体を、ＲＴに保持された２０重量％ＮａＯＨ溶液中に１５分間浸漬し、続けて８０℃に保持された２０重量％ＮａＯＨ溶液中に１５分間浸漬することによって、それを活性化した。その上にＰｔＲｕ０．０２０Ａｌ３．１２５前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して１８７ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００４９】
実施例２：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋７．２５ｃｍに配置し、Ｒｕマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋１．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋７．２５ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋１．００ｃｍに配置した。その上にＰｔＲｕ１１．１５２Ａｌ７６．４３５前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して１１８ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００５０】
実施例３：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋２．００ｃｍに配置し、Ｗマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝０．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋３．００ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−４．００ｃｍに配置した。  その上にＰｔＷ０．１３６Ａｌ３．４５５前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して２２２ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００５１】
実施例４：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋１．２５ｃｍに配置し、Ｖマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝−５．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋１．２５ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−５．００ｃｍに配置した。その上にＰｔＶ０．０４３Ａｌ３．０１９前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して２１３ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００５２】
実施例５：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝−３．７５ｃｍに配置し、Ｈｆマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝−１０．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−３．７５ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−１０．００ｃｍに配置した。その上にＰｔＨｆ０．０４７Ａｌ１．６１９前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して１４８ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００５３】
実施例６：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝−１．７５ｃｍに配置し、Ｈｆマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝−８．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−１．７５ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−８．００ｃｍに配置した。その上にＰｔＨｆ０．０２０Ａｌ２．３４１前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して１３７ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００５４】
実施例７：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋１．２５ｃｍに配置し、Ｒｈマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝−５．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋１．２５ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−５．００ｃｍに配置した。その上にＰｔＲｈ０．０１９Ａｌ０．８９９前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して８ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００５５】
実施例８：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋６．２５ｃｍに配置し、Ｒｈマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝０．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋６．２５ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝０．００ｃｍに配置し、ＰｔＲｈ３．７３７Ａｌ１７．８６５前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して１９ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００５６】
実施例９：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝−３．７５ｃｍに配置し、Ｚｒマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝−１０．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−３．７５ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−１０．００ｃｍに配置した。ＰｔＺｒ０．０５９Ａｌ２．６６９前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して１７１ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００５７】
実施例１０：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋８．２５ｃｍに配置し、Ｚｒマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋２．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋８．２５ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋２．００ｃｍに配置した。ＰｔＺｒ１６．０６７Ａｌ１０６．３９５前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して１０１ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００５８】
実施例１１：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝−０．７５ｃｍに配置し、Ｎｂマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝−７．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−０．７５ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−７．００ｃｍに配置した。その上にＰｔＮｂ０．００２Ａｌ２．７８２前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して１６３ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００５９】
実施例１２：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋７．２５ｃｍに配置し、Ｎｂマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋１．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋７．２５ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋１．００ｃｍに配置した。ＰｔＮｂ１７．５２９Ａｌ１２８．５１５前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して１４７ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００６０】
実施例１３：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋１０．２５ｃｍに配置し、Ｃｏマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋４．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋１０．２５ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋４．００ｃｍに配置した。ＰｔＣｏ０．０３５Ａｌ１．１６１前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して１８９ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００６１】
実施例１４：
以下の例外を除いて、実施例１を繰り返した。Ｐｔマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝＋２．２５ｃｍに配置し、Ｃｏマグネトロン・スパッタリング揮散源を、１００ワットでｚ＝−４．００ｃｍに配置し、Ａｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝＋２．２５ｃｍに配置し、追加のＡｌマグネトロン・スパッタリング揮散源を、４００ワットでｚ＝−４．００ｃｍに配置した。ＰｔＣｏ７．７５９Ａｌ２６．１８１前駆体を有するスペクトラカーブ２０５０Ａ炭素ペーパーは、苛性活性化され、ＣＶおよび線形分極のテストを受けて、ＳＣＥに対して１７８ｍＶのＭｅＯＨ電解酸化Ｅｏｎｓを示した。
【００６２】
実施例１５：
以下の本発明のＰｔＲｕＡｌ触媒を含んでなるガス拡散アノードを使用して、直接型メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）を組立てた。（ａ）１個の１０ミル（ｍｉｌ）のシリコーン・ガスケットを、アノード黒鉛ブロック上に置く、（ｂ）寸法が２５ｃｍ２であるガス拡散アノードを、それがガスケットに重ならないようにガスケッチング（ｇａｓｋｅｔｉｎｇ）開口部の中に置く、（ｃ）Ｎ１１７膜を含むカソード触媒を、ガス拡散アノードおよびガスケットの上に置く、（ｄ）１個の１０ミルのシリコーン・ガスケットを、材料のサンドイッチの上に置く、（ｅ）寸法が２５ｃｍ２であるＥＬＡＴ（登録商標）ガス拡散バッキング（イーテック、デ・ノラ・ノースアメリカ社（ＥＴＥＫ，Ｄｅ−Ｎｏｒａ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．）、ニュージャージー州サマセット（Ｓｏｍｅｒｓｅｔ，ＮＪ）、によって製造された）を、それがガスケットに重ならないようにカソード・ガスケット開口部の中に置き、その微細孔ガス拡散層をカソード触媒層と接触させる、（ｆ）カソード黒鉛ブロックをサンドイッチの上に置き、そのサンドイッチをエンド・プレートの間に囲まれるように入れる、（ｇ）対角線パターンにあるボルトを、３６ｉｎ−ｌｂｓの最終トルクまで１０ｉｎ−ｌｂｓずつトルクを与える。アノード上にメタノール／水の原料、カソード上に空気を用いて燃料電池を８０℃で作動させるとき、その燃料電池は、電気を発生すると予想される。
【国際調査報告】
2005532670.tif 000002
2005532670.tif 000003
2005532670.tif 000004
2005532670.tif 000005
2005532670.tif 000006