DE102012211238A1

DE102012211238A1 - Verfahren zum Herstellen von Katalysatoren des Kern-Schale-Typs auf einem Träger und mit diesem gebildete Katalysatoren des Kern-Schale-Typs auf einem Träger

Info

Publication number: DE102012211238A1
Application number: DE102012211238A
Authority: DE
Inventors: Bum Wook Roh
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-06-13
Also published as: CN103157465A; US20130150235A1; KR101349068B1; KR20130065932A

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Katalysators des Kern-Schale-Typs auf einem Träger. Genauer gesagt werden in dem Verfahren Teilchen einer Legierung mit einer Kern-Schale-Struktur, die ein voneinander verschiedenes Inneres und Äußeres aufweisen, auf einen kompakten Kohlenstoffträger aufgetragen. Das Verfahren umfasst die Schritte: 1) Lösen und Dispergieren eines Kohlenstoffträgers in einem Lösungsmittel unter Verwenden eines Stabilisators; 2) Lösen eines Precursors für den Kern in der in Schritt 1) erhaltenen Lösung und Zusetzen eines starken Reduktionsmittels zu der Lösung, um ein Übergangsmetall des Precursors für den Kern zu reduzieren und auf eine Oberfläche des Kohlenstoffträgers aufzutragen; 3) Filtrieren und Waschen des Kohlenstoffträgers, auf den das Übergangsmetall aufgetragen wurde; 4) Redispergieren des gefilterten und gewaschenen Kohlenstoffträgers in einer wässrigen Lösung des Precursors für die Schale; und 5) Zusetzen eines schwachen Reduktionsmittels zu der in Schritt 4) erhaltenen Lösung bei 60–80°C, so dass die Metallionen des Precursors für die Schale selektiv reduziert und auf dem Übergangsmetall abgeschieden werden.

Description

Hintergrund
(a) Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Katalysators des Kern-Schale-Typs auf einem Träger. Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Katalysators des Kern-Schale-Typs auf einem Träger, bei dem Teilchen einer Legierung, die eine Kern-Schale-Struktur mit einem voneinander unterschiedlichen Inneren und Äußeren aufweisen, auf einen komplexen Träger aus Kohlenstoff aufgetragen werden.
(b) Stand der Technik
Brennstoffzellen sind Vorrichtungen, die die chemische Energie eines Brennstoffs (wie zum Beispiel Wasserstoff) in elektrische Energie umwandeln. Eine solche Brennstoffzelle weist theoretisch einen Wirkungsgrad von bis zu 100% auf, und hat im Allgemeinen einen hohen Wirkungsgrad von 80–50%. Es wurde daher viel an einer effizienten Verwendung von Brennstoffzellen und an der Verwendung von Wasserstoff als erneuerbare Energiequelle, insbesondere im Lichte der begrenzten Verfügbarkeit fossiler Brennstoffressourcen, geforscht.
Die Erzeugung von elektrischer Energie mit Hilfe einer Brennstoffzelle basiert grundlegend auf einer elektrochemischen Reaktion, die mit einer Wanderung von Elektronen einhergeht. Es ist wichtig, eine Reaktion zu induzieren, bei der eine Überspannung derart minimiert werden kann, dass – am Gleichgewichtspotential und bei der gleichen Geschwindigkeit der elektrochemischen Reaktion – eine Polarisation minimiert werden kann.
Um dies zu erreichen, müssen die Katalysatorteilchen einen verbesserten Dispersionsgrad und eine Form, die sie für ihre Teilnahme an der Reaktion geeignet macht, aufweisen.
Um die Reaktionsgeschwindigkeit an der Oberfläche der Katalysatorteilchen zu verbessern und damit die Reaktionsgeschwindigkeit der Katalysatorteilchen in einer Brennstoffzelle zu erhöhen, wurde viel an der Entwicklung von Katalysatorteilchen aus einer Platinlegierung mit einer Kern-Schale-Struktur und Verfahren zum Optimieren der Form einer Elektrode durch Einstellen der Porosität der Elektrode, Miniaturisierung der Katalysatorteilchen und Erzeugen einer effektiven Reaktionsfläche geforscht.
Eine Festelektrolytmembran-Brennstoffzelle (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEM FC, Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle), bei der Wasserstoff als Brennstoff verwendet wird, umfasst eine Membran-Elektroden-Anordnung (Membrane Electrode Assembly (MEA)), eine Gasdiffusionsschicht (Gas Diffusion Layer (GDL)), usw. Die MEA weist eine Polymerelektrolytmembran auf, die zwischen katalytischen Elektroden angeordnet ist. Bei der in den Elektroden ablaufenden elektrochemischen Reaktion werden Ionen erzeugt, die durch die Polymerelektrolytmembran ausgetauscht werden. Die GDL dient dabei dazu, die Reaktionsgase gleichmäßig zu verteilen und die erzeugte elektrische Energie zu übertragen. In der Membran-Elektroden-Anordnung weist die Polymerelektrolytmembran ferner an ihren beiden Seiten Elektroden auf, auf die ein Katalysator aufgetragen ist, so dass Wasserstoff (Brennstoff) und Sauerstoff (Oxidationsmittel) miteinander umgesetzt werden können. Anders ausgedrückt, weist die Polymerelektrolytmembran eine Sauerstoffelektrode (Kathode), an der der Sauerstoff reduziert wird, und eine Wasserstoffelektrode (Anode), an der der Wasserstoffoxidiert wird, auf.
Da eine MEA einen Ort bereitstellt, an dem eine elektrochemische Reaktion abläuft, bei der die Verwendung von Elektronen zugelassen wird, ist die MEA entsprechend wichtig für das Leistungsvermögen einer Brennstoffzelle.
Der Anode (eine der Elektroden) wird Wasserstoff zugeführt und die Protonen und die Elektronen des Wasserstoffs werden durch eine elektrochemische Reaktion aufgetrennt und auf entsprechend unterschiedlichen Wegen zur Kathode an der anderen Seite übertragen.
Dann reagieren die Protonen und die Elektronen mit dem Sauerstoff an der Kathode und erzeugen dabei Wasser.
Um das Leistungsvermögen einer Brennstoffzelle zu verbessern, ist es dringend erforderlich, einen reibungslosen Übergang vom Sauerstoff zu einem Reaktionsort (d. h. zur Kathode) zu verbessern und die Reaktionsgeschwindigkeit am Reaktionsort zu erhöhen. Um dies zu erreichen, ist die Verwendung von Platin als Katalysatormaterial für die Kathode als die bisher beste Methode bekannt.
Aufgrund der begrenzten Ressourcen an Platin und insbesondere aufgrund der steigenden Tendenz, diese Ressourcen in der Waffentechnik einzusetzen, ist der Preis für Platin ständig gestiegen. Bei dem Versuch, die zu verwendende Menge an Platin zu reduzieren, haben viele Forscher versucht, einen breiten Reaktionsbereich sicherzustellen, indem sie die Platinteilchen miniaturisiert haben. Es wurde jedoch festgestellt, dass der Erfolg dieses Ansatzes in hohem Maße beschränkt ist.
Bei Versuchen, diese Einschränkungen zu beheben, wurde ausgiebig an einer Legierung von Platin geforscht, wobei hierbei die Kenntnisse über den Mechanismus der Reaktion zur Reduktion des Sauerstoffs zugrunde gelegt wurden. Es wurden viele Fälle berichtet, in denen die Aktivität eines Katalysators erheblich verbessert wurde, wenn dem Platin Elemente, wie beispielsweise Co, Ni, Au, usw., die den Zustand einer festen Lösung mit Platin bilden, zugesetzt wurden. Bis heute jedoch liegt kein Bericht über eine Verbesserung des tatsächlichen Zustands einer MEA vor.
Anstatt eine gleichmäßige feste Lösung zu bilden, wurde währenddessen für das Legierungsverfahren daran geforscht, einen nicht-gleichmäßigen Nanokatalysator zu bilden, der in seinem Inneren und in seinem Äußeren unterschiedliche Elemente aufweist. Insbesondere wurde viel an der Entwicklung eines Katalysators des Kern-Schale-Typs geforscht, bei dem das Innere eines Nanokatalysatorteilchens mit einem Metall (Pd, Co, Ni, Fe, Mn) gefüllt ist, das kostengünstiger ist als Platin, und das Äußere mit Platin bedeckt ist.
Ein solcher Legierungsprozess verändert die atomare Struktur des Katalysators, wodurch die elektronische Struktur verändert wird. Anders ausgedrückt, verändern die Platinatome die Struktur eines Valenz-d-Bandes, wodurch die Adsorptionsenergie zwischen dem Platin und dem Sauerstoffverringert wird. Es wurde berichtet, dass infolgedessen die Adsorption der auf der Oberfläche des Nanokatalysatorteilchens vorhandenen Platinatome reduziert ist, wobei OH-Ionen durch die Zersetzung von Wasser erzeugt werden, wodurch die Aktivität der Sauerstoffreduktonsreaktion zur Reduktion des Sauerstoffs erhöht wird (V. R. Stamenkovic, et al., Science, Ausg. 315, S. 493).
Anders ausgedrückt ist es möglich, die zu verwendende Menge an Platin erheblich zu reduzieren und die Aktivität zu maximieren, indem das Innere eines Katalysatorteilchens mit einem Kernteilchen gefüllt wird, das kostengünstiger als Platin ist, und Platin nur als äußere Schicht auf der Oberfläche des Katalysatorteilchens vorgesehen wird.
Als ein Verfahren zum Auftragen von Palladium auf Kohlenstoff durch Reduktion des Palladiums wird im Allgemeinen ein Borhydrid-Reproduktionsverfahren verwendet.
Das Borhydridreduktionsverfahren kann vereinfacht werden, wenn die Verwendung eines herkömmlichen Stabilisators ausgelassen wird. Die Elimination eines Stabilisators ist jedoch mit Nachteilen verbunden, wie, dass die auf der Oberfläche eines Kohlenstoffträgers vorhandenen Nanoteilchen stark ausflocken können, und zudem könnten keine Nanoteilchen auf der Oberfläche eines Kohlenstoffträgers erzeugt werden.
Neben dem Borhydridreduktionsverfahren wurde auch ein Polyolverfahren verwendet. Bei diesem Verfahren wird durch das Erwärmen eines alkoholischen Lösungsmittels, wie beispielsweise Ethylenglykol oder 1,2-Propandiol, eine Dehydrierungsreaktion induziert, während ein gelöster Metall-Precursor bzw. gelöstes Metall-Vorläufermolekül reduziert wird.
Ein solches Polyolverfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass anstelle eines Nanoteilchens aus einem Metall aufgrund der unvollständigen Reaktion des zugesetzten Metall-Precursors oder durch Natriumhydroxid (NaOH) als Additiv ein Nanopartikel mit einem hohen Oxidanteil erzeugt wird. Obwohl das Oxid einen nur geringen Effekt auf ein Platinnanoteilchen haben kann, hat es einen erheblichen Effekt auf die Oxidation anderer Edelmetalle. Infolgedessen kann es zu einer Abnahme der elektrochemischen Aktivität kommen.
Ein Verfahren zum Aufbringen oder Auftragen eines Nanoteilchens aus einem Übergangsmetall (wie beispielsweise Nickel, Palladium) auf eine Oberfläche eines Kohlenstoffpulvers unter Verwenden eines Lösungsmittels, eines Precursors, eines Reduktionsmittels usw. ist im koreanischen Patent mit der registrierten Veröffentlichungsnr. 10-917697 , im koreanischen Patent mit der registrierten Veröffentlichungsnr. 10-738062 und in der koreanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 10-2006-030591 beschrieben. Eine Massenproduktion in industriellem Maßstab ist mit diesem Verfahren jedoch schwierig, weil ein Reduktionsprozess ausgeführt wird, der einen Wärmebehandlungsprozess bei einer hohen Temperatur erfordert.
Die in dem obigen Abschnitt „Hintergrund” offenbarten Angaben dienen lediglich zum besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung, und es können daher Informationen enthalten sein, die keinen Stand der Technik bilden, wie er einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
Zusammenfassung der Offenbarung
Die vorliegende Erfindung soll die vorstehend beschriebenen Probleme lösen und stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Katalysators des Kern-Schale-Typs auf einem Träger bereit. Genauer gesagt wird gemäß dem vorliegenden Verfahren eine Lösung, in der ein Stabilisator und ein Kohlenstoffträger gelöst/dispergiert sind, mit einem Precursor für den Kern gemischt, und dann wird die Mischung mit einem starken Reduktionsmittel kombiniert, um eine Reduktion in einem sehr kurzen Zeitraum zu erreichen. Es wird ein Katalysatorkern, der von einem Kohlenstoffträger geträgert wird, erhalten. Anschließend wird der Katalysatorkern in einer wässrigen Lösung eines Precursors für Platin dispergiert, und das Platin wird selektiv reduziert und nur auf der Oberfläche des Katalysatorkerns abgeschieden, wobei ein schwaches Reduktionsmittel verwendet wird.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Katalysators des Kern-Schale-Typs auf einem Träger bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: 1) Lösen und Dispergieren eines Kohlenstoffträgers in einem Lösungsmittel unter Verwenden eines Stabilisators; 2) Lösen eines Precursors für den Kern in der in Schritt 1) erhaltenen Lösung und Zusetzen eines starken Reduktionsmittels zu der Lösung, um ein Übergangsmetall des Precursors für den Kern zu reduzieren und auf eine Oberfläche des Kohlenstoffträgers aufzutragen; 3) Filtrieren und Waschen des Kohlenstoffträgers, auf den das Übergangsmetall aufgetragen wurde; 4) Redispergieren des filtrierten und gewaschenen Kohlenstoffträgers in einer wässrigen Lösung des Precursors für die Schale; und 5) Zusetzen eines schwachen Reduktionsmittels zu der in Schritt 4) erhaltenen Lösung bei einer geeigneten Temperatur (z. B. bei etwa 60–80°C), so dass die Metallionen des Precursors für die Schale selektiv reduziert und auf dem vorher synthetisierten Übergangsmetall abgeschieden werden.
Die wässrige Lösung des Precursors für die Schale kann hierbei jede Lösung sein, in der ein Precursor für Platin gelöst ist, und der Stabilisator kann jeder geeignete Stabilisator und insbesondere SDS (Natriumdodecylsulfat) sein.
Gemäß verschiedener Ausführungsformen umfasst der Kohlenstoffträger eine oder mehrere Arten an komplexen Trägern, die ausgewählt sind aus komplexen Trägern auf Kohlenstoffbasis, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Carbon Black (Ruß), Kohlenstoffnanoröhrchen, Kohlenstoffnanofasern, Kohlenstoffnanocoils und Kohlenstoffnanokäfige („carbon nanocage”).
Gemäß verschiedener Ausführungsformen umfasst der Precursor für den Kern einen Precursor für ein Übergangsmetall, das ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Palladium, Cobalt, Eisen und Nickel und Mischungen derselben.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen mittels solcher Verfahren hergestellten Katalysator des Kern-Schale-Typs auf einem Träger bereit.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des Katalysators auf einem Träger kann ein Legierungskatalysator, der eine Kern-Schale-Struktur mit unterschiedlichen Elementen im Inneren/Äußeren aufweist, synthetisiert werden, während es zugleich auf einem komplexen Kohlenstoffträger aufgebracht ist. Der innere Teil des Katalysatorkerns, welches das Katalysatorteilchen bildet, kann hierbei durch ein Metall, das nicht Platin ist, wie beispielsweise ein Metall, das kostengünstiger als und/oder leichter verfügbar ist als Platin, ausgetauscht werden. Es ist daher möglich, die zu verwendende Menge an Platin zu reduzieren und die Kosten zu senken.
Ebenso kann gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Stabilisator während des Prozesses des Reduzierens des Precursors für den Kern/Aufbringen des Precursors für den Kern auf einen Träger zugesetzt werden, wodurch das Aufbringen des Katalysatorkerns auf den komplexen Kohlenstoffträger optimiert wird. Daneben kann in vorteilhafter Weise ein starkes Reduktionsmittel eingesetzt werden, so dass ein Zeitraum, der zum Ausflocken der Partikel erforderlich ist, verkürzt wird und eine nur minimale Ausflockung auftritt. Es ist daher möglich, Nanoteilchen ohne einen Wärmebehandlungsprozess bei einer hohen Temperatur zu erhalten. Eine hohe Temperatur kann zum Beispiel allgemein einer Temperatur von wenigstens etwa 500–1000°C entsprechen, so dass die Nanoteilchen mit dem vorliegenden Verfahren ohne ein Wärmebehandlungsverfahren bei einer so hohen Temperatur erhalten werden können.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, Teilchen von Nanogröße ohne ein herkömmliches aufwendiges Verfahren, wie beispielsweise eine Wärmebehandlung, fein zu dispergieren. Durch ein einfaches Reduktions/Abscheidungsverfahren unter Verwenden eines schwachen Reduktionsmittels kann ein Katalysatorteilchen mit einer Kern-Schale-Struktur hergestellt werden. Es ist daher möglich, den Katalysator für kommerzielle Zwecke in Massenproduktion herzustellen.
Daneben weist der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Katalysator auf einem Träger eine Kern-Schale-Struktur auf, in der Platin auf die Außenseite eines Metalls, insbesondere eines Übergangsmetalls, aufgetragen ist. Das Platinmaterial kann daher so als Katalysator in einer Brennstoffzelle verwendet werden, dass die zu verwendende Menge an Platin erheblich reduziert werden kann. Aufgrund des Legierungseffekts zwischen dem Platin und den verschiedenen Metallen, die das Innere des Katalysators bilden können, kann die Reaktionsaktivität des Katalysators zudem maximiert werden. Dementsprechend kann das Platinmaterial in nützlicher Weise als Katalysatormaterial in der Brennstoffzelle eingesetzt werden.
Weitere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden erläutert.
Die vorstehend angegebenen und weitere Merkmale der Erfindung werden im Folgenden erläutert.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die vorstehend angegebenen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben, die in den beigefügten Figuren veranschaulicht sind, die hierin lediglich zu Veranschaulichungszwecken angegeben sind und die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken sollen, erläutert. In den Figuren gilt:
1 ist eine Abbildung, die ein Verfahren zum Herstellen eines Katalysators des Kern-Schale-Typs auf einem Träger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine TEM-Aufnahme, bei der Palladium reduziert/auf einen Kohlenstoffträger aufgebracht ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine TEM-Aufnahme, die ein Katalysatorteilchen mit Kern-Schale-Struktur, bei dem Platin selektiv reduziert/auf dem in 2 gezeigten Palladium abgeschieden wurde, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Abbildung, die die Ergebnisse der Leistungstests, wenn eine MEA einer PEM FC (Proton Exchange Membrane Fuell Cell (Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle)) unter Verwenden eines jeden der im Beispiel der vorliegenden Erfindung synthetisierten Katalysatoren hergestellt wurde, und diejenigen eines herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Katalysators zeigt; und
5 ist ein Diagramm, dass die Testergebnisse, die bei einem Bereich mit katalytischer Aktivität einer jeden MEA, wenn eine MEA einer Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEM FC) unter Verwenden eines jeden der im Beispiel der vorliegenden Erfindung synthetisierten Katalysatorteilchens mit Kern-Schale-Struktur hergestellt wurde, erhalten wurden, und diejenigen eines herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Katalysators zeigt.
Es sollte verstanden werden, dass die beigefügten Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale zeigen, die die zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die speziellen Merkmale der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich von zum Beispiel bestimmten Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die Bedingungen und Umstände der speziell angestrebten Anwendung und Verwendung bestimmt werden.
In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen jeweils gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die beispielhaft in den beigefügten Figuren gezeigt und nachstehend beschrieben ist. Obwohl die Erfindung anhand von beispielhaft angegebenen Ausführungsformen beschrieben wird, soll verstanden werden, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaft angegebenen Ausführungsformen einschränken soll. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die beispielhaft angegebenen Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen abdecken, die im eigentlichen Sinn und Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, enthalten sein können.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Katalysators des Kern-Schale-Typs auf einem Träger, und insbesondere ein Verfahren, bei dem ein Teilchen aus einem Übergangsmetall (wie beispielsweise Palladium (Pd), Cobalt (Co), Eisen (Fe) und Nickel (Ni)), das auf einen Kohlenstoffträger aufgebracht ist, als Katalysatorkern verwendet wird, und das Äußere des Kerns mit Platin bedeckt ist. In dem Katalysator ist das Übergangsmetall, das in vorteilhafter Weise um einiges kostengünstiger als Platin sein kann, gleichmäßig und fein in dem Kohlenstoffträger dispergiert und mit diesem synthetisiert, und auf die Oberfläche des synthetisierten Übergangsmetalls ist eine Platinschicht aufgebracht und synthetisiert. Anders ausgedrückt ist das Innere eines herkömmlichen Katalysatorteilchens durch ein anderes Element als Platin ausgetauscht. Dies reduziert die zu verwendende Menge an Platin und verbessert die katalytische Aktivität während einer elektrochemischen Reaktion.
Wie allgemein bekannt ist, ist die Herstellung eines Katalysators aus einer Platinlegierung vorwiegend in zwei Verfahren aufgeteilt. In einem Verfahren werden verschiedene Arten an Elementen reduziert, während sie sich im Zustand einer festen Lösung befinden. Bei dem anderen Verfahren wird ein Katalysator aus Nanoteilchen in einer komplexen Form gebildet, wobei das Innere und das Äußere aufgrund verschiedener Phasen voneinander getrennt sind und entsprechend unterschiedliche Rollen ausüben. Das erste Verfahren (d. h. die Reduktion im Zustand einer festen Lösung) kann wiederum in zwei Verfahren unterteilt werden. Bei einem Verfahren werden Platin und ein Übergangsmetall gemeinsam reduziert und einer Wärmebehandlung unterzogen. Bei dem anderen Verfahren (Verfahren der Abscheidung eines Precursors) wird zuerst Platin reduziert und dann wird ein Übergangsmetallsalz einimprägniert und durch eine Wärmebehandlung reduziert. Bei dem ersten dieser Verfahren (wo verschiedene Arten von Metallen gemeinsam reduziert werden) ist, um ein heterogenes Erscheinungsbild/Wachstum zu vermeiden, das durch die unterschiedliche Reduktionsgeschwindigkeit der jeweiligen Elemente verursacht wird, ein starkes Reduktionsmittel erforderlich, und es wird daher ein starkes Reduktionsverfahren verwendet. In diesem Fall ist es schwierig, die Größe eines Metallteilchens zu steuern, die unterschiedliche Reduktionsgeschwindigkeit der Metalle reduziert in unerwünschte Weise den Legierungsgrad, und ein Element der Legierung, wie beispielsweise das Übergangsmetall, wird aufgrund der hohen Reduktionsgeschwindigkeit des Edelmetalls an der Oberfläche des Katalysators konzentriert. In diesem Fall wird ein großer Teil des Übergangsmetalls auf der Oberfläche bei den Arbeitsbedingungen einer Brennstoffzelle aufgrund des geringen Gleichgewichtspotentials geschmolzen, wodurch das Leistungsvermögen der Brennstoffzelle reduziert wird. Beim zweiten dieser Verfahren (dem Verfahren der Abscheidung eines Precursors) wird indessen im Allgemeinen eine Wärmebehandlung durchgeführt. Die Wärmebehandlung kann eine Vergröberung der Teilchen bewirken und es kann daher schwierig werden, die Größe der Teilchen zu steuern.
Die vorliegende Erfindung stellt entsprechend ein Verfahren zum Herstellen eines Katalysators aus einer Legierung mit einer Kern-Schale-Struktur bereit, bei dem das Innere und das Äußere eines Katalysatorteilchens verschiedene Elemente enthalten. Insbesondere, wird – gemäß verschiedener Ausführungsformen – das Innere (der Katalysatorkern) zunächst mit einem um einiges kostengünstigerem Element gefüllt und dann wird Platin selektiv reduziert/auf die Außenseite des zuerst gebildeten inneren Teilchens abgeschieden. In verschiedenen Ausführungsformen bedeckt das mittels Reduktion synthetisierte Platin konzentrisch das zuerst gebildete innere Teilchen. Zum Beispiel kann das mittels Reduktion synthetisierte Platin kugelförmig oder in kugelähnlicher Form auf dem inneren Teilchen gebildet werden. Gemäß verschiedener Ausführungsformen wird das Material im Inneren/im Kern zunächst auf ein Kohlenstoffmaterial aufimprägniert und dann wird Platin auf die Oberfläche des Kerns abgeschieden, und insbesondere wird das Platin kugelförmig abgeschieden. Gemäß besonders bevorzugter Ausführungsformen kann der vorliegende Katalysator so bereitgestellt werden, dass das Platin nicht an der Grenzfläche gebildet wird, an der der Kern des Teilchens aus dem Übergangsmetall (z. B. ein Pd-Kern) und der Kohlenstoff aufeinander treffen. Der vorliegende Katalysator und das Verfahren beheben daher als solches die Ineffektivität, die üblicherweise in einem Teil auftritt, bei dem das Platin im Kern und der Kohlenstoff aufeinander treffen. Anstatt die gesamte Oberfläche des Kerns mit Platin zu bedecken, wird gemäß verschiedener Ausführungsformen nur ein Teil der Oberfläche des Kerns bedeckt, wie beispielsweise, wenn Platin halbkugelförmig auf der Oberfläche des Kerns vorgesehen ist.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Katalysators auf einem Träger, wie er in 1 gezeigt ist, umfasst: einen Schritt des Synthetisierens des Katalysatorkerns des (bevorzugt gleichmäßigen) Dispergierens und Auftragens eines Elements, das kostengünstiger als Platin ist, auf einem Kohlenstoffträger in Form von Nanopartikeln; und einen Schritt des Synthetisierens der Katalysatorschale des Abscheidens einer Katalysatorschale aus Platin auf der Oberfläche des vom Kohlenstoffträger getragenen Katalysatorkerns.
Genauer gesagt umfasst eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Katalysators des Kern-Schale-Typs auf einem Träger die Schritte:

1) Lösen und Dispergieren eines Kohlenstoffträgers in einem Lösungsmittel unter Verwenden eines Stabilisators;
2) Lösen eines Precursors für den Kern in der in Schritt 1) erhaltenen Lösung und Zusetzen eines starken Reduktionsmittels zu der Lösung, um ein Übergangsmetall des Precursors für den Kern zu reduzieren und auf eine Oberfläche des Kohlenstoffträgers aufzutragen;
3) Filtrieren und Waschen des Kohlenstoffträgers, auf den das Übergangsmetall (d. h. der Katalysatorkern) in Schritt 2) aufgetragen wurde;
4) Redispergieren des Kohlenstoffträgers, der in Schritt 3) filtriert und gewaschen wurde, in einer wässrigen Lösung des Precursors für die Schale;
5) Zusetzen eines schwachen Reduktionsmittels zu der in Schritt 4) erhaltenen Lösung bei einer geeigneten Temperatur (z. B. bei etwa 60–80°C), so dass die Metallionen des Precursors für die Schale selektiv reduziert und auf dem vorher synthetisierten Übergangsmetall (d. h. dem Katalysatorkern) abgeschieden werden können.

Gemäß dieser Ausführungsform wird Natriumdodecylsulfat (SDS) als Stabilisator verwendet. Der Kohlenstoffträger umfasst eine oder mehrere Arten komplexer Trägermaterialien, die ausgewählt sein können aus Kohlenstoffmaterialien und insbesondere der Gruppe, umfassend Carbon Black (Ruß), Kohlenstoffnanoröhrchen, Kohlenstoffnanofasern, Kohlenstoffnanocoils und Kohlenstoffnanokäfige.
Als wässrige Lösung des Precursors für die Schale kann jede Lösung verwendet werden, in der ein Precursor für Platin, der als Katalysatormaterial für eine Brennstoffzelle verwendet werden kann, gelöst ist. Als Precursor für den Kern wird ein Precursor für ein Übergangsmetall, das ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Palladium, Cobalt, Eisen und Nickel, verwendet. Falls gewünscht ist es auch möglich, Mischungen von einem oder mehreren Übergangsmetallen vorzusehen.
Wie er hierin verwendet wird, bezeichnet der Begriff „Precursor für den Kern” oder ein ähnlicher Begriff einen Precursor für ein Übergangsmetall (wie beispielsweise Palladium), der den Katalysatorkern eines Katalysatorteilchens bilden wird, und der Begriff „Precursor für die Schale” oder ein ähnlicher Begriff bezeichnet einen Precursor für ein Metall (wie beispielsweise Platin), der die Katalysatorschale eines Katalysatorteilchens bilden wird.
In Schritt 1) interagieren die Oberfläche des Kohlenstoffträgers und der Stabilisator miteinander (vorzugsweise ein Stabilisator mit einem hydrophoben Ende, wie beispielsweise SDS, so dass die Oberfläche und das hydrophobe Ende miteinander interagieren), wobei der Kohlenstoffträger gleichmäßig in der wässrigen Lösung dispergiert ist. Durch dieses Verfahren ist es möglich, die Schwierigkeiten beim Dispergieren des Kohlenstoffs in dem Lösungsmittel zu überwinden, die auftreten kann, wenn die Oberfläche des Kohlenstoffträgers stark hydrophob ist.
Ebenso ermöglicht Schritt 1) die Verwendung einer wässrigen Lösung (einer Lösung, die ein starkes Reduktionsmittel enthält), die das Ausflocken von Teilchen verhindern kann, das während der Reduktion des Übergangsmetalls des Precursors für den Kern in Schritt 2) auftritt.
Als Kohlenstoffträger können Aktivkohle, kugelförmiger oder linearer kristalliner Kohlenstoff oder dergleichen verwendet werden. Der Kohlenstoffträger kann nicht nur einen niederkristallinen Kohlenstoff, sondern auch einen hochkristallinen Kohlenstoff mit einer ebenen Grundfläche einschließen. Er kann in einer Lösung gelöst sein, in der ein Stabilisator in einem Lösungsmittel, wie beispielsweise Alkohol oder Wasser, gelöst ist, und dann in Form nanogroßer Teilchen fein dispergiert sein.
In Schritt 2) werden die Übergangsmetallionen des Precursors für den Kern reduziert, wobei bevorzugt ein starkes Reduktionsmittel, wie beispielsweise NaBH₄, verwendet wird. Die Verwendung eines starken Reduktionsmittels maximiert die Geschwindigkeit der Erzeugung der Übergangsmetallteilchen und verhindert ein Ausflocken der Teilchen, das durch die Interaktion zwischen den reduzierten Übergangsmetallteilchen und dem organischen Lösungsmittel während der Reduktion des Übergangsmetalls auftritt. Es ist daher möglich, ein Übergangsmetall (d. h. den Katalysatorkern), das reduziert und auf den Kohlenstoffträger aufgebracht ist, zu gleichmäßigen und feinen Nanoteilchen auszubilden.
Nach Beenden der Reaktionen in den vorhergehenden Schritten werden in Schritt 3), um eine Katalysatorschale aus Platin zu bilden, die in den vorhergehenden Schritten verwendeten Lösungen, Additive und Nebenprodukte entfernt.
Anders als bei herkömmlichen Verfahren werden gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Herstellen eines Katalysators auf einem Träger Additive (das heißt, der Stabilisator und das starke Reduktionsmittel), die mit Hilfe von Alkohol, usw. leicht entfernt werden können, vorzugsweise dazu verwendet, feine und gleichmäßige Teilchen für den Katalysatorkern (oder Übergangsmetallteilchen) zu erhalten.
Ein herkömmlich verwendetes Material, wie beispielsweise Oleylamin oder PVP (Polyvinylpyrrolidon) kann nur mit Hilfe einer Spezialbehandlung bei einer hohen Temperatur entfernt werden und das Entfernen ist bis zu einem gewissen Grad für eine Verwendung in einem Katalysator für eine Brennstoffzelle eingeschränkt. Zum anderen können Additive, die leicht mit Hilfe von Alkohol, usw. entfernt werden können, in der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, die Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysators in Massenproduktion zu ermöglichen.
In Schritt 4) wird der Kohlenstoffträger (auf den das Übergangsmetall aufgetragen wurde), der nach dem Filtrieren und Waschen erhalten wurde, mit einer alkoholischen Lösung, die Platinionen enthält (das heißt, einer wässrigen Lösung des Precursors für die Schale) gemischt und in dieser dispergiert.
In Schritt 5) wird die in Schritt 4) gemischte/dispergierte Lösung auf eine geeignete Temperatur (z. B. auf bis etwa 60–80°C) erwärmt und mit einer geeigneten Menge eines schwachen Reduktionsmittels vereint, um so die Katalysatorschale aus Platin selektiv zu reduzieren und – in einem Zeitraum von etwa 6 Stunden – auf der Oberfläche des Katalysatorkerns aus dem Übergangsmetall abzuscheiden.
Die in Schritt 5) synthetisierten Katalysatorteilchen mit Kern-Schale-Struktur werden abgekühlt und dann filtriert und gewaschen, um die Katalysatorteilchen gemäß der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
Beispiele
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf das folgende Beispiel beschrieben, das eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, den Umfang der vorliegenden Erfindung jedoch in keiner Weise einschränken soll.
[Beispiel]
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wurde ein Katalysator hergestellt, bei dem Palladium (Pd) und Platin (Pt) in einem Gewichtsverhältnis der Metalle (Pd:Pt) von 5:5, 3:7 und 7:3 auf die Oberfläche von Kohlenstoff aufgetragen wurden.
Der Herstellungsprozess wird nun ausführlich beschrieben.
Zunächst wurden 300 mg deionisiertes Wasser (DI-Wasser) mit 300 mg Acetylenruß gemischt, um 600 mg der Mischung zu bilden, und die Mischungslösung wurde wiederholt gerührt, homogenisiert und mit Ultraschall bestrahlt, um den Acetylenruß zu dispergieren. Anschließend wurde die resultierende Lösung mit SDS (Natriumdodecylsulfat) vereint, wobei das SDS – bezogen auf das Gewicht von Kohlenstoff – in einer Menge von 0,5-mal der Menge des Kohlenstoffs zugegeben wurde. Die Zugabe des SDS trägt dazu bei, den Kohlenstoff gleichmäßig in der wässrigen Lösung zu dispergieren und spielt eine Rolle beim Aktivieren der hydrophoben Oberfläche des Kohlenstoffs, so dass diese hydrophil wird. Dann wurde ein Palladiumnitrat-(Pd(NO₃)₂)Salz, das 200 mg Palladium entspricht, zur Lösung gegeben und 6 Stunden lang oder länger gerührt, um die Mischung ausreichend zu durchmischen. Um das in der wässrigen Lösung gelöste Pd zu reduzieren und auf den Kohlenstoffträger aufzubringen, wurde dann Natriumborhydrid (NaBH₄), das in einer Lösung gelöst vorliegt, bei Raumtemperatur unter Luftatmosphäre schnell eingespritzt. Die Geschwindigkeit zum Rühren der Lösung ist hierbei vorzugsweise so hoch wie möglich. In diesem Beispiel wurde die Geschwindigkeit auf einen Bereich von 600 bis 800 rpm eingestellt. Das Reduktionsmittel wurde in einer Menge von 4 Äquivalenten verwendet. Das reduzierte Pd erfordert eine hohe Reduktionsgeschwindigkeit, um eine Gleichmäßigkeit der Teilchen zu erreichen, und einen hohen Dispersionsgrad. Eine solche hohe Reduktionsgeschwindigkeit minimiert den Zeitraum, der für das Agglomerieren der Teilchen aufgrund der Interaktion zwischen dem reduzierten Pd und dem SDS auf der Oberfläche des Kohlenstoffs erforderlich ist, wodurch die Agglomerierung der Teilchen verhindert wird. Nachdem das Reduktionsmittel zugesetzt wurde, wurde etwa 30 Minuten lang eine hohe Rührgeschwindigkeit beibehalten. Anschließend wurde die Rührgeschwindigkeit in geeigneter Weise verringert und dieser Zustand wurde wenigstens 1 Stunde lang beibehalten. Dann wurde ein Schritt des Waschens/Filtrierens unter Verwenden von Ethanol dreimal oder öfter wiederholt, um die SDS-Rückstände vollständig zu entfernen. Das Katalysatorkernteilchen, das nach dem Filtrieren erhalten wurde, wurde etwa 6 Stunden lang in einem Vakuumofen getrocknet und dann in pulverförmigem Zustand gesammelt.
Um eine Pt-Schicht auf dem Pd zu bilden, wurde das Pulver für den Katalysatorkern, das nach dem vollständigen Entfernen aller Verunreinigungen erhalten wurde, in Ethanol dispergiert und PtCl₄, das 368 mg Pt zum Bilden der Schale des Katalysators enthielt, dazugegeben. Nach der Zugabe des Platinsalzes (PtCl₄) wurde die resultierende Lösung durch Rühren für 1 Stunde oder länger ausreichend durchgemischt und bei 70–80°C unter Rückfluss erhitzt. Dann wurde die resultierende Lösung mit Hydrochinon als schwachem Reduktionsmittel vereint. Wenn ein Reduktionsmittel mit einem starken Reduktionsvermögen verwendet wird, wird sowohl das Platin auf dem Kohlenstoff reduziert bzw. auf diesen aufgetragen sowie auch die erforderliche Pd-Oberfläche. Es wurde daher ein schwaches Reduktionsmittel, wie beispielsweise Hydrochinon, verwendet. Anders ausgedrückt wird, wenn die Teilchen des Katalysatorkerns, wie beispielsweise Pd, in einer nur schwach reduzierenden Umgebung vorliegen, Pt selektiv reduziert und durch die katalytische Wirkung von Pd auf die Oberfläche des Palladiums dotiert. Unter einer solchen Bedingung wurde die Reaktion 4 bis 6 Stunden lang durchgeführt, und das resultierende Produkt wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wurde das resultierende Produkt unter Verwenden von Ethanol gewaschen und filtriert und bei 40°C in einem Vakuumofen getrocknet, so dass Katalysatorteilchen mit einer Kern-Schale-Struktur erhalten wurden.
Die gesammelten Katalysatorteilchen umfassen einen Katalysatorkern, der auf der Oberfläche von Kohlenstoff als Träger aufgebrachtes Palladium enthält, und eine Katalysatorschale, die reduziertes und auf der Oberfläche des Palladiums abgeschiedenes Platin enthält.
Gemäß diesem Verfahren können als Kohlenstoff röhrenförmige, plättchenförmige und fischgräten- oder pfeilförmige Arten von Kohlenstoffnanofasern (CNF) verwendet werden und als schwaches Reduktionsmittel können ein Reagenz mit geringem Reduktionsvermögen sowie ein schwaches Reduktionsmittel mit OH^–, wie beispielsweise Essigsäure, verwendet werden.
2 ist eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Kohlenstoffträgers gemäß dem Beispiel, bei dem auf dem Kohlenstoffträger Palladium aufgebracht ist. Gemäß den Ergebnissen der Messungen betrug der Gewichtsanteil des Pd auf dem Kohlenstoffträger 25% und das Pd wies einen Durchmesser in einem Bereich von 3 bis 4 nm auf. Die auf den Träger aufgebrachten oder aufgetragenen Pd-Teilchen besaßen auch eine gleichmäßige Form und einen gleichmäßigen Abstand zueinander.
3 ist eine Abbildung, die Katalysatorteilchen mit einer Kern-Schale-Struktur zeigt, die in dem Beispiel hergestellt wurden. Bei den Katalysatorteilchen wurde die Komponentenanalyse im Inneren und Äußeren der Teilchen mittels energiedispersiver Spektroskopie (EDS) durchgeführt. Wie in der Abbildung gezeigt ist, ist das Pd im Inneren der Katalysatorteilchen abgeschieden und das Pt ist auf der Oberfläche konzentriert. Obwohl beobachtet wurde, dass manche Teilchen nur Pt enthielten, zeigten die meisten Teilchen eine Struktur, bei der sich Pt im äußeren Teil befindet und der Innenraum mit Pd gefüllt ist.
4 ist eine Abbildung, die das Ergebnis eines Leistungstests, wenn eine MEA einer Festelektrolytmembran-Brennstoffzelle unter Verwenden eines jeden der im Beispiel synthetisierten Katalysatorteilchen mit Kern-Schale-Struktur hergestellt wurde, und dasjenige eines herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Katalysators zeigt.
Unter Bezugnahme auf 4 ist es möglich, das Leistungsvermögen der MEA, bei der das Katalysatorteilchen [das 0,18 mg Platin pro Flächeneinheit (cm²) enthält] aus dem Beispiel in der Kathode eingesetzt wurde, mit demjenigen einer MEA, bei der der herkömmliche, kommerziell erhältliche Katalysator [der 0,25 mg Platin pro Flächeneinheit (cm²) enthält] eingesetzt wurde, zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die MEA, bei der das Katalysatorteilchen aus dem Beispiel eingesetzt wird, ein besseres Leistungsvermögen zeigt.
5 ist indessen ein Diagramm, das ein Testergebnis zeigt, das bei einer Fläche mit katalytischer Aktivität einer jeden MEA, wenn eine MEA einer PEM FC (Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle) unter Verwenden eines jeden der gemäß der vorliegenden Erfindung synthetisierten Katalysatorteilchen mit Kern-Schale-Struktur hergestellt wurde, und eines herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Katalysators, erhalten wurde.
In 5 zeigt die Kurve 1 das Testergebnis bei einer Fläche mit katalytischer Aktivität einer MEA, die mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorteilchen mit Kern-Schale-Struktur hergestellt wurde, bei der eine Kathode 0,05 mg Platin und 0,05 mg Palladium pro Flächeneinheit (cm²) enthält, die Kurve 2 zeigt das Testergebnis bei einer Fläche mit katalytischer Aktivität einer MEA, die mit einem herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Katalysator hergestellt wurde, bei der die Kathode 0,2 mg Platin pro Flächeneinheit (cm2) enthält, die Kurve 3 zeigt das Testergebnis bei einer Fläche mit katalytischer Aktivität einer MEA, die mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorteilchen mit Kern-Schale-Struktur hergestellt wurde, bei der die Kathode 0,1 mg Platin und 0,1 mg Palladium pro Flächeneinheit (cm²) enthält, die Kurve 4 zeigt das Testergebnis bei einer Fläche mit katalytischer Aktivität einer MEA, die mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorteilchen mit Kern-Schale-Struktur hergestellt wurde, bei der die Kathode 0,2 mg Platin und 0,2 mg Palladium pro Flächeneinheit (cm²) enthält, und die Kurve 5 zeigt das Testergebnis bei einer Fläche mit katalytischer Aktivität einer MEA, die mit einem herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Katalysator hergestellt wurde, bei der die Kathode 0,4 mg Platin pro Flächeneinheit (cm²) enthält.
Im Vergleich zu der mit dem herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Katalysator hergestellten MEA wurde, wie in 5 gezeigt ist, bei der mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorteilchen hergestellten MEA die zu verwendende Menge an Platin auf etwa die Hälfte reduziert, wobei der erzeugte Ausgangsstrom ähnlich war. Es wurde entsprechend gezeigt, dass die Fläche mit katalytischer Aktivität der MEA, die mit dem erfindungsgemäßen Katalysatorteilchen hergestellt worden war, derjenigen einer MEA, die mit einem herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Katalysator hergestellt wurde, überlegen ist.
Die Erfindung wurde ausführlich unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass an diesen Ausführungsformen Änderungen vorgenommen werden können, ohne von den Prinzipien und dem Geiste der Erfindung, deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und deren Äquivalenten definiert ist, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-917697 [0020]
KR 10-738062 [0020]
KR 10-2006-030591 [0020]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

V. R. Stamenkovic, et al., Science, Ausg. 315, S. 493 [0014]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Katalysators des Kern-Schale-Typs auf einem Träger, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: 1) Lösen und Dispergieren eines Kohlenstoffträgers in einem Lösungsmittel unter Verwenden eines Stabilisators; 2) Lösen eines Precursors für den Kern in der in Schritt 1) erhaltenen Lösung und Zusetzen eines Reduktionsmittels zu der Lösung, um ein Übergangsmetall des Precursors für den Kern zu reduzieren und auf eine Oberfläche des Kohlenstoffträgers aufzutragen; 3) Filtrieren und Waschen des Kohlenstoffträgers, auf den das Übergangsmetall aufgetragen wurde; 4) Redispergieren des Kohlenstoffträgers in einer wässrigen Lösung des Precursors für die Schale; und 5) Zusetzen eines schwachen Reduktionsmittels zu der in Schritt 4) erhaltenen Lösung bei etwa 60–80°C, so dass die Metallionen des Precursors für die Schale selektiv reduziert und auf dem Übergangsmetall abgeschieden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wässrige Lösung des Precursors für die Schale eine Lösung ist, in der ein Precursor für Platin gelöst ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kohlenstoffträger eines oder mehrere komplexe Trägermaterialien umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: Carbon Black (Ruß), Kohlenstoffnanoröhrchen, Kohlenstoffnanofasern, Kohlenstoffnanocoils und Kohlenstoffnanokäfige.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Stabilisator Natriumdodecylsulfat (SDS) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Precursor für den Kern einen Precursor für ein Übergangsmetall umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Palladium, Cobalt, Eisen und Nickel.
Katalysator des Kern-Schale-Typs auf einem Träger, hergestellt mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1.