Platinum-free chelate catalyst material for the selective...

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B - Operations, Transporting

01

J

B01J 31/12 (2006.01) B01J 31/18 (2006.01) B01J 31/28 (2006.01) H01M 4/88 (2006.01) H01M 4/90 (2006.01) B01J 31/06 (2006.01)

Patent

CA 2453024

Platinum-free chelate catalyst materials for the selective reduction of oxygen have application in hydrogen and methanol fuel cells. Conventional catalyst material comprises an unsupported transition metal and a nitrogen- and a carbon-donor, which are polymerized to give a carbon matrix under pyrolytic conditions, in which the unsupported transition metal, functioning as electron donor and a nitrogen-coordinated transition metal chelate are bonded. The achievable porosity, catalytic activity, and stability are, however, not adequate for commercial applications. Said chelate catalyst material comprises, in addition to the at least one unsupported transition metal, a nitrogen-containing organo-metallic transition complex, with a further transition metal different from the said transition metal and a chalcogenic component. The advantages of various transition metals and the chalcogens as electrically conducting bridge-formers can thus be combined. The unsupported transition metal in the form of a salt serves as filler during the formation of the carbon matrix, such that the above is embodied as an ultra-highly-porous material due to a foaming effect on thermal decomposition of said salt. Said chelate-catalyst material is particularly suitable for application in commercial industry, for example the auto-industry as a result of the high activity, stability and low cost thereof.

Les matériaux catalyseurs au chélate pour la réduction sélective par l'oxygène sont utilisés dans des piles à combustible à l'hydrogène et au méthanol. Les matériaux pour catalyseurs connus comprennent un métal de transition non supporté, ainsi qu'un donneur d'azote et un donneur de carbone qui, par pyrolyse, sont polymérisés de manière à former une matrice de carbone dans laquelle le métal de transition non supporté est lié sous forme de donneur d'électrons et d'un chélate de métal de transition coordonné à l'azote. La porosité et l'activité catalytique, ainsi que la stabilité pouvant être obtenues ne sont toutefois pas suffisantes pour des applications commerciales. Le matériau catalyseur au chélate selon l'invention présente, outre au moins un métal de transition non supporté, un complexe de transition organométallique renfermant de l'azote, avec un autre métal de transition différent du précédent, ainsi qu'un composant chalcogène. Les avantages de différents métaux et du chalcogène peuvent ainsi être combinés sous forme d'un composé électroconducteur formant des ponts. En outre, le métal de transition non supporté est utilisé, sous forme d'un sel, comme produit de charge durant la formation de la matrice de carbone, de sorte que celle-ci de porosité ultra-élevée est formée par effet de moussage, lors de la décomposition thermique de ce sel. Grâce à sa haute activité et stabilité pour un coût uniformément avantageux, le matériau catalyseur au chélate selon l'invention peut être utilisé de façon particulièrement avantageuse à l'échelle industrielle, par exemple, dans l'industrie automobile.

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