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DE10225571A1 - Catalyst production, e.g. for fuel cell, comprises co-deposition of catalytically active metals on to substrate electrode inn electrolyte bath with pulsed EMF applied across electrodes - Google Patents

Catalyst production, e.g. for fuel cell, comprises co-deposition of catalytically active metals on to substrate electrode inn electrolyte bath with pulsed EMF applied across electrodes

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Publication number
DE10225571A1
DE10225571A1 DE2002125571 DE10225571A DE10225571A1 DE 10225571 A1 DE10225571 A1 DE 10225571A1 DE 2002125571 DE2002125571 DE 2002125571 DE 10225571 A DE10225571 A DE 10225571A DE 10225571 A1 DE10225571 A1 DE 10225571A1
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DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
substrate
deposition
voltage pulse
metals
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE2002125571
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German (de)
Inventor
Anett Funke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
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Publication of DE10225571A1 publication Critical patent/DE10225571A1/en
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Abstract

The production of a catalyst comprises the co-deposition of two or more catalytically active metals on to a substrate immersed in a bath of an aqueous electrolyte, whilst a controlled pattern of EMF pulses is applied between the substrate and a counter electrode. The amplitude of the initial pulse is greater than that of succeeding pulses. An independent claim is included for a catalyst produced as above.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysators durch elektrochemische Coabscheidung von Metallen, ein Katalysator, der nach diesem Verfahren erhältlich ist sowie die Verwendung dieses Katalysators in elektrochemischen Zellen. The invention relates to a method for producing a Catalyst by electrochemical co-deposition of Metals, a catalyst that is obtainable by this process is as well as the use of this catalyst in electrochemical cells.

Elektrochemische Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt, z. B. aus den Dokumenten WO 00/56452, EP 106 197 A2 und US 6,080,504. Electrochemical process for the preparation of catalysts are known from the prior art, for. B. from the Documents WO 00/56452, EP 106 197 A2 and US 6,080,504.

In dem Dokument WO 00/56452 (DaimlerChrysler) wird ein Verfahren zur elektrochemischen Herstellung eines Katalysators offenbart, bei dem das katalytisch aktiven Material auf einem Metallsubstrat abgeschieden wird, indem das zu beschichtende Substrat mit Strom- oder Spannungspulsen vorgegebener Amplitude und/oder Frequenz beaufschlagt wird. In the document WO 00/56452 (DaimlerChrysler) is a Process for the electrochemical preparation of a catalyst disclosed in which the catalytically active material on a Metal substrate is deposited by the to be coated Substrate with current or voltage pulses predetermined Amplitude and / or frequency is applied.

In dem Dokument EP 106 197 A2 (International Business Machines Corporation) wird ein elektrochemisches Verfahren zur Bildung von Katalysator-Kristalliten auf einem Substrat offenbart, bei dem eine Kathode zuerst mit einem Keimbildungs- Puls mit hoher Spannung beaufschlagt wird und dann mit einem längeren Kristallwachstums-Puls mit geringerer Spannung. In the document EP 106 197 A2 (International Business Machines Corporation) is an electrochemical process for Formation of catalyst crystallites on a substrate discloses that a cathode is first formed with a nucleation Pulse is charged with high voltage and then with a longer crystal growth pulse with lower voltage.

In dem Dokument US 6,080,504 wird ein Verfahren zur Abscheidung von nanokristallinen Teilchen eines katalytisch aktiven Metalls auf einem Substrat offenbart. Dabei wird das Substrat mit Abfolgen von Strompulsen in bestimmten zeitlichen Abständen (Frequenzen) beaufschlagt. The document US Pat. No. 6,080,504 describes a method for Deposition of nanocrystalline particles of a catalytically active Metal disclosed on a substrate. In the process, the substrate becomes with sequences of current pulses in certain temporal Distances (frequencies) applied.

Die elektrochemische Coabscheidung von katalytisch aktiven Metallen auf Substrate wie z. B. Graphitpapier oder kohlenstoffhaltige Materialien bereitet oft Schwierigkeiten. Beispielsweise haften die abgeschiedenen Metalle oft schlecht oder es treten Konkurrenzreaktionen wie z. B. Wasserstoffentwicklung auf, die den Abscheidungsvorgang nachteilhaft beeinflussen. The electrochemical co-deposition of catalytically active Metals on substrates such. B. graphite paper or Carbonaceous materials often cause difficulties. For example, the deposited metals often adhere poorly or there are competition reactions such. B. Hydrogen evolution, the disadvantage of the deposition process influence.

Andererseits sind aber gerade Katalysatoren, die zwei oder mehr katalytisch aktiven Metalle enthalten verbreitet von großem Interesse. Auf dem Gebiet der Brennstoffzellen- Technologie sind beispielsweise Katalysatoren, welche die Metalle Platin und Ruthenium enthalten auf Grund ihrer hohen Toleranz gegenüber CO-Vergiftungen von besonderem Interesse. On the other hand, however, are just catalysts that two or more catalytically active metals are widely used by great interest. In the field of fuel cell Technology are, for example, catalysts which the Metals include platinum and ruthenium due to their high levels Tolerance to CO poisoning of particular interest.

Leider bereitet aber gerade die elektrochemischen Coabscheidung dieser beiden Metalle (Pt und Ru) infolge der stark unterschiedlichen Reduktionspotentiale besondere Schwierigkeiten. Die Ursache dafür dürfte insbesondere in dem komplexen Abscheidungsverhalten des Metalls Ruthenium zu suchen sein. So ist beispielsweise dessen genaues Abscheidungspotential bis in jüngere Zeit unbekannt gewesen (vgl. dazu z. B. A. J. Bard (Ed.), Encyclopedia of electrochemistry of the elements, Vol. 6, Dekker-Verlag 1976). Auch die elektrochemische Coabscheidung anderer Metalle bereitet z. T. erhebliche Schwierigkeiten. Unfortunately, the electrochemical process is currently being prepared Co-deposition of these two metals (Pt and Ru) as a result of strong different reduction potentials special Trouble. The reason for this is likely to be particularly in the complex Deposition behavior of the metal ruthenium be sought. For example, its exact deposition potential have been unknown until recently (see, for example, A.J. Bard (Ed.), Encyclopaedia of electrochemistry of the elements, Vol. 6, Dekker-Verlag 1976). Also the electrochemical Co-deposition of other metals prepares z. T. considerable Trouble.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Katalysators anzugeben, bei dem ein Substrat in einer Eintopfreaktion mit wenigstens zwei Metallen beschichtet wird. An object of the present invention is therefore, a improved process for the preparation of a catalyst in which a substrate is in a one-pot reaction with at least two metals is coated.

Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind, einen Katalysator aus wenigstens zwei Metallen bereitzustellen sowie eine Verwendung für diesen Katalysator aufzuzeigen. Other objects of the present invention are a To provide catalyst of at least two metals and to show a use for this catalyst.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß mittels eines elektrochemische Abscheidungsverfahrens aus einer Metallsalze enthaltenden Lösung, bei dem ein Substrat mit einer Abfolge von Spannungspulsen beaufschlagt wird, gut haftende, CO- tolerante Katalysatoren erhältlich sind, die selbst bei verhältnismäßig hohen CO-Konzentrationen nicht vollständig vergiftet werden. Surprisingly, it has been found that by means of a electrochemical deposition process from a metal salt containing solution in which a substrate with a sequence voltage pulses are applied, well-adhering, CO tolerant catalysts are available, even at relatively high CO concentrations are not complete be poisoned.

Ein erster Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysators durch elektrochemischen Coabscheidung von zwei oder mehr katalytisch aktiven Metallen auf einem Substrat, bei dem das Substrat in einen Elektrolyten getaucht wird, welcher die Katalysatormetalle enthält, und wenigstens zeitweise eine elektrische Spannung zwischen dem Substrat und einer Gegenelektrode angelegt wird, wobei die Katalysatormetalle unmittelbar mit dem Substrat fest verbunden werden. Bei diesem Verfahren werden erfindungsgemäß die katalytisch aktiven Metalle auf einem Substrat abgeschieden, indem das zu beschichtende Substrat mit einer Abfolge von Spannungspulsen beaufschlagt wird. A first object of the present invention is therefore a method for producing a catalyst by electrochemical co-deposition of two or more catalytically active metals on a substrate, where the substrate in an electrolyte is dipped, which is the Contains catalyst metals, and at least temporarily an electrical Voltage between the substrate and a counter electrode is applied, the catalyst metals directly with the Substrate firmly connected. In this procedure will be According to the invention the catalytically active metals on a Substrate deposited by the substrate to be coated is applied with a sequence of voltage pulses.

Die zwei oder mehr katalytisch aktiven Metalle werden im folgenden mit dem Begriff Katalysatormetalle abgekürzt. The two or more catalytically active metals are used in the hereinafter abbreviated to the term catalyst metals.

Bei den Katalysatormetallen handelt es sich vorzugsweise um Platinmetalle, d. h. um Metalle aus der Gruppe Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt, besonders bevorzugt um die Metalle Pt und Ru sowie um Mischungen aus diesen Metallen. The catalyst metals are preferably Platinum metals, d. H. metals from the group Ru, Os, Rh, Ir, Pd, Pt, more preferably around the metals Pt and Ru and in order Mixtures of these metals.

Der Elektrolyt enthält die Katalysatormetalle in wenigstens teilweise, bevorzugt vollständig gelöster Form. Als Lösungsmittel ist dabei insbesondere Wasser geeignet. Zur Herstellung eines geeigneten Elektrolyten werden die Katalysatormetalle bevorzugt in Form ihrer, in dem jeweiligen Lösungsmittel wenigstens teilweise, bevorzugt vollständig löslichen Metallsalze, gelöst. Vorzugsweise geeignete Metallsalze sind z. B. wasserlösliche Salze von Pt und Ru, z. B. H2[PtCl6].6H2O und RuCl3.xH2O. Aber auch wasserlösliche Salze anderer Katalysatormetalle sind geeignet, z. B. RhCl3.3H2O, Pd[OOCCH3]2, OsCl3.xH2O, IrCl4.xH2O, FeCl3.6H2O, CoCl2.6H2O, NiCl2.6H2O usw. The electrolyte contains the catalyst metals in at least partially, preferably completely dissolved form. In particular, water is suitable as the solvent. To produce a suitable electrolyte, the catalyst metals are preferably dissolved in the form of their metal salts, which are at least partially soluble in the particular solvent, preferably completely soluble. Preferably suitable metal salts are, for. B. water-soluble salts of Pt and Ru, z. B. H 2 [PtCl 6 ] .6H 2 O and RuCl 3 .xH 2 O. But also water-soluble salts of other catalyst metals are suitable, for. B. RhCl 3 .3H 2 O, Pd [OOCCH 3 ] 2 , OsCl 3 .xH 2 O, IrCl 4 .xH 2 O, FeCl 3 .6H 2 O, CoCl 2 .6H 2 O, NiCl 2 .6H 2 O etc.

Bevorzugte Elektrolyte enthalten Ionen von wenigstens zwei unterschiedliche Katalysatormetallen M1 und M2, insbesondere Pt- und Ru-Ionen, im Verhältnis (in Gew.-%) M1 : M2-10 : 1 bis 1 : 5, weiter bevorzugt im Verhältnis 3 : 1 bis 1 : 3. Mit der Einstellung dieses Verhältnisses können die Eigenschaften des Katalysators beeinflußt werden. Ein höherer Anteil an M1, insbesondere Pt, ergibt einen Katalysator mit einer höheren Aktivität; ein höherer Anteil an M2, insbesondere Ru, ergibt einen kostengünstigeren Katalysator. Generell wird jedoch möglichst hohe Aktivität bei möglichst geringen Kosten angestrebt. Preferred electrolytes contain ions of at least two different catalyst metals M 1 and M 2 , in particular Pt and Ru ions, in the ratio (in% by weight) of M 1 : M 2 -10: 1 to 1: 5, more preferably in the ratio 3: 1 to 1: 3. By adjusting this ratio, the properties of the catalyst can be influenced. A higher proportion of M 1 , especially Pt, gives a catalyst with a higher activity; a higher proportion of M 2 , in particular Ru, gives a more cost-effective catalyst. In general, however, the highest possible activity is sought at the lowest possible cost.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignete Substrate sind z. B. Gasdiffusionselektroden (kurz: GDL). Die GDL bestehen gewöhnlich aus grobporigem Kohlefaserpapier, z. B. Graphitpapier, oder Kohlefasergewebe mit Porositäten bis zu 90%. Um das Fluten des Porensystems mit dem an der Kathode entstehenden Reaktionswasser zu verhindern, werden diese Materialien mit hydrophoben Materialien imprägniert, z. B. mit Polytetrafluorethylen (PTFE). An die Imprägnierung kann sich eine Calcinierung bei etwa 340 bis 370°C anschließen, um das PTFE-Material aufzuschmelzen. Zur Verbesserung des elektrischen Kontaktes zwischen den Katalysatorschichten und den Gasdiffusionsschichten werden diese häufig auf der der jeweiligen Katalysatorschicht zugewandten Seite mit einer so genannten Ausgleichsschicht aus Ruß und einem Fluorpolymer beschichtet, die porös und Wasser abstoßend und zugleich elektrisch leitend ist und außerdem eine einigermaßen glatte Oberfläche besitzt. In the context of the present invention suitable substrates z. B. gas diffusion electrodes (in short: GDL). The GDL exist usually made of coarse-pored carbon fiber paper, e.g. B. Graphite paper, or carbon fiber fabric with porosities up to 90%. Around the flooding of the pore system with that at the cathode to prevent the formation of reaction water, these materials impregnated with hydrophobic materials, e.g. B. with Polytetrafluoroethylene (PTFE). At the impregnation can be a Calcination at about 340 to 370 ° C to connect to the Melt PTFE material. To improve the electrical contact between the catalyst layers and the Gas diffusion layers are commonly used on the respective catalyst layer facing side with a so so-called compensation layer of carbon black and a fluoropolymer Coated, the porous and water repellent and at the same time is electrically conductive and also a reasonably smooth Has surface.

Die GDL können z. B. unter Verwendung einer pastenförmigen Zubereitung durch Drucken, Rakeln, Rollen oder Sprühen auf das Graphitpapier aufgebracht werden. Die pastenförmigen Zubereitungen enthalten in der Regel ein lösliches, Protonen leitendes Material, ein oder mehrere Lösungsmittel und ggf. hochdisperse, hydrophobe Materialien und Porenbildner. The GDL can z. B. using a pasty Preparation by printing, knife coating, rolling or spraying on the Graphite paper are applied. The paste-shaped Preparations usually contain a soluble, proton conductive material, one or more solvents and, if necessary, highly dispersed, hydrophobic materials and pore formers.

Als Graphitpapier ist z. B. TGP 090 der Firma Toray geeignet. Als kohlenstoffhaltige Komponente kommt z. B. graphitierter Ruß, z. B. C50 der Firma Chevron, in Frage. Als organisches Polymer kommt z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE) in Frage. Diesbezüglich geeignet sind z. B. PTFE-Dispersion, z. B. Hostaflon TF5235 der Firma Dyneon. As graphite paper is z. B. TGP 090 Toray suitable. As a carbonaceous component comes z. B. graphitized Soot, z. B. C50 Chevron, in question. As organic Polymer comes z. As polytetrafluoroethylene (PTFE) in question. In this regard are suitable for. For example, PTFE dispersion, z. B. Hostaflon TF5235 from Dyneon.

Unter einer Abfolge von Spannungspulsen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Reihe von Spannungspulsen verstanden. Synonym dazu kann auch der Begriff Sequenz von Spannungspulsen verwendet werden. Die Anzahl der Spannungspulse hängt dabei im wesentlichen von der Differenz der Amplituden der einzelnen Spannungspulse ab. Je geringer diese Differenz ist, desto mehr Spannungspulse sind nötig, um die Katalysatormetalle wenigstens annähernd vollständig abzuscheiden. Aus Gründen der Effizienz ist eine möglichst geringe Anzahl an Spannungspulsen bevorzugt (Zeitersparnis). Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine größere Anzahl an Spannungspulsen mit unterschiedlicher Amplitude hinsichtlich der möglichst vollständigen Abscheidung der Katalysatormetalle von Vorteil ist. Daher besteht die Reihe von Spannungspulsen aus wenigstens drei Spannungspulsen, vorzugsweise aber wenigstens fünf Spannungspulse und insbesondere wenigstens sieben Spannungspulsen, sie kann jedoch auch, in speziellen Fällen, aus wesentlich mehr Spannungspulsen bestehen. Under a sequence of voltage pulses is in the context of present invention, a series of voltage pulses Roger that. Synonymous with this, the term sequence of Voltage pulses are used. The number of voltage pulses depends essentially on the difference of the amplitudes of the individual voltage pulses. The smaller this difference is, the more voltage pulses are needed to the At least approximately completely precipitate catalyst metals. Out For reasons of efficiency is the lowest possible number Voltage pulses preferred (time saving). It has, however shown that a larger number of voltage pulses with different amplitude in terms of possible complete separation of the catalyst metals is advantageous. Therefore, the series of voltage pulses consists of at least three voltage pulses, but preferably at least five Voltage pulses and in particular at least seven Voltage pulses, but it can also, in special cases, off There are considerably more voltage pulses.

Unter der Amplitude eines Spannungspulses wird der maximale Wert der Spannung verstanden, der während der Dauer des Pulses auftritt. Under the amplitude of a voltage pulse, the maximum Value of the voltage understood during the duration of the Pulse occurs.

Als Spannungspulse sind im Rahmen der vorliegenden Erfindungen vorzugsweise Pulse von Gleichspannungen geeignet. Weiter geeignet sind auch Gleichspannungspulse, die mit Wechselspannungen überlagert sind. As voltage pulses are within the scope of the present Inventions preferably suitable pulses of DC voltages. Further Also suitable are DC pulses that with Alternating voltages are superimposed.

Hinsichtlich der Pulsform sind insbesondere Rechteckpulse geeignet. Weiter geeignet sind auch Dreieckpulse, Sinuspulse, Sägezahnpulse usw. With regard to the pulse shape are in particular rectangular pulses suitable. Also suitable are triangular pulses, sine pulses, Sawtooth pulses, etc.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung eines Katalysators durch Abscheidung von zwei oder mehr Metallen aus einem Abscheidebad bzw. einem Elektrolyten (Eintopfreaktion), insbesondere von Platin und Ruthenium, und ist daher, im Vergleich zu Verfahren des Standes der Technik, mit vermindertem Aufwand verbunden. The inventive method allows the production a catalyst by depositing two or more Metals from a deposition bath or an electrolyte (One-pot reaction), in particular of platinum and ruthenium, and is therefore, compared to prior art methods associated with reduced effort.

Vorzugsweise beginnt die Abfolge von Spannungspulsen mit einem ersten Spannungspuls, der die größte Amplitude aller beaufschlagten Spannungspulse aufweist. Preferably, the sequence of voltage pulses begins with a first voltage pulse having the largest amplitude of all having applied voltage pulses.

Durch diesen ersten Spannungspuls werden Kristallkeime jenes Metalls auf dem Substrat abgeschieden, welches das höchste Abscheidungspotential von allen in dem Elektrolyt vorliegenden Metallen besitzt (im folgenden kurz erstes Metall genannt, z. B. Pt). Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nämlich gefunden, daß Kristallkeime eines Metalls mit hohem Abscheidungspotential, insbesondere Pt, besonders gut auf der Oberfläche des Substrats haften. By this first voltage pulse crystal nuclei are that Metal deposited on the substrate, which is the highest Deposition potential of all in the electrolyte has present metals (hereinafter briefly first metal called, for. Pt). In the context of the present invention was namely found that crystal nuclei of a metal with high Deposition potential, especially Pt, especially good on the Adhere surface of the substrate.

Der erste Spannungspuls wird anschließend vorzugsweise von weiteren Spannungspulsen mit geringeren Amplituden gefolgt. Dabei scheidet sich weiteres Metall ab und lagert sich an den während des ersten Spannungspulses gebildeten Kristallkeimen an, so daß es dort zu einem Kristallwachstum kommt. Dadurch entstehen besonders gut haftende Katalysator-Partikel auf der Substratoberfläche, die auch teilweise schlechter haftende Metalle mit geringerem Abscheidungspotential enthalten können. Die durch die Metallabscheidung wachsenden Katalysatorpartikel können sich ggf. zu einer geschlossenen Schicht vereinigen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird jedoch auch eine nicht geschlossenen Schicht oder isoliert vorliegenden Katalysator-Partikel als Katalysatorschicht bezeichnet. The first voltage pulse is then preferably from followed by further voltage pulses with lower amplitudes. In this case, more metal separates and is deposited on the crystal nuclei formed during the first voltage pulse so that there is a crystal growth there. Thereby particularly well-adhering catalyst particles develop on the Substrate surface, which also partially poorly adherent Contain metals with lower deposition potential can. The growing through the metal deposit If necessary, catalyst particles can form a closed layer unite. However, in the context of the present invention also an un-closed layer or insulated present catalyst particles as a catalyst layer designated.

Dabei ist es bevorzugt, wenn die Amplituden der auf den ersten Spannungspuls folgenden weiteren Spannungspulse schrittweise ansteigen. It is preferred if the amplitudes of the on the first voltage pulse following further voltage pulses gradually increase.

Dabei werden die Amplituden der Spannungspulse vorzugsweise gemäß den Abscheidungspotentialen bzw. Reduktionspotentialen der abzuscheidenden Katalysatormetalle vorgegeben. D. h. insbesondere, daß die Amplitude des ersten Spannungspulses im wesentlichen dem Abscheidungspotential des ersten Metalls entspricht, die Amplitude des zweiten Spannungspulses im wesentlichen dem Abscheidungspotential des zweiten Metalls und daß die Amplituden der weiteren Spannungspulse zwischen diesen Grenzen liegen. In this case, the amplitudes of the voltage pulses are preferably according to the deposition potentials or reduction potentials predetermined the deposited catalyst metals. Ie. in particular, that the amplitude of the first voltage pulse in essentially the deposition potential of the first metal corresponds to the amplitude of the second voltage pulse in essentially the deposition potential of the second metal and that the amplitudes of the further voltage pulses between these limits.

Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn die Amplituden der beaufschlagten Spannungen wie folgt vorgegeben werden:

  • a) In einem ersten Schritt beaufschlagt man das Substrat mit einem ersten Spannungspuls, dessen Amplitude gleich hoch ist oder unwesentlich höher als das höchste Abscheidungspotential der abzuscheidenden Katalysatormetalle, um Keime dieses Katalysatormetalls auf dem Substrat zu bilden.
It is further preferred if the amplitudes of the applied voltages are specified as follows:
  • a) In a first step, applied to the substrate with a first voltage pulse whose amplitude is equal to or slightly higher than the highest deposition potential of the deposited catalyst metals to form nuclei of this catalyst metal on the substrate.

Unter unwesentlich höher wird verstanden, daß die Amplitude des ersten Spannungspulses höchstens 100 mV über dem Abscheidungspotential des ersten Metalls liegt, vorzugsweise höchstens 50 mV und insbesondere höchstens 25 mV.

  • a) In einem zweiten Schritt beaufschlagt man das Substrat mit einem zweiten Spannungspuls, dessen Amplitude gleich hoch ist oder unwesentlich höher als das niedrigste Abscheidungspotential der abzuscheidenden Katalysatormetalle, um dieses Katalysatormetall wenigstens teilweise abzuscheiden.
By insignificantly higher, it is understood that the amplitude of the first voltage pulse is at most 100 mV above the deposition potential of the first metal, preferably at most 50 mV and in particular at most 25 mV.
  • a) In a second step, applied to the substrate with a second voltage pulse whose amplitude is equal to or slightly higher than the lowest deposition potential of the deposited catalyst metals to at least partially deposit this catalyst metal.

Unter unwesentlich höher wird verstanden, daß die Amplitude des zweiten Spannungspulses höchstens 100 mV über dem Abscheidungspotential des zweiten Metalls liegt, vorzugsweise höchstens 50 mV und insbesondere höchstens 25 mV.

  • a) In weiteren Schritten beaufschlagt man das Substrat gegebenenfalls mit einem oder mehreren weiteren Spannungspulsen, deren Amplituden jeweils höher sind als die Amplituden der jeweils vorangegangenen Spannungspulse, um die Katalysatormetalle wenigstens teilweise abzuscheiden.
Insignificantly higher is understood that the amplitude of the second voltage pulse is at most 100 mV above the deposition potential of the second metal, preferably at most 50 mV and in particular at most 25 mV.
  • a) In further steps, the substrate is optionally applied to one or more further voltage pulses whose amplitudes are each higher than the amplitudes of the respective preceding voltage pulses in order to at least partially deposit the catalyst metals.

Die Amplitude in der weiteren Spannungspulse können sich dabei um 10 bis 250 mV unterscheiden, vorzugsweise um 50 bis 200 mV und insbesondere um 75 bis 125 mV.

  • a) in einem weiteren Schritt beaufschlagt man das Substrat mit einem weiteren Spannungspuls, dessen Amplitude höher ist als die Amplitude des vorangegangenen Spannungspulses und niedriger als die Amplitude des ersten Spannungspulses, um die Abscheidung der Katalysatormetalle wenigstens annähernd zu vervollständigen.
The amplitude in the further voltage pulses may differ by 10 to 250 mV, preferably by 50 to 200 mV and in particular by 75 to 125 mV.
  • a) in a further step applied to the substrate with a further voltage pulse whose amplitude is higher than the amplitude of the previous voltage pulse and lower than the amplitude of the first voltage pulse to at least approximately complete the deposition of the catalyst metals.

Die Amplituden des zweiten und der nachfolgenden Spannungspulse sind vorzugsweise kleiner oder höchstens gleich hoch wie die höchste Amplitude, d. h. die Amplitude des ersten Spannungspulses. The amplitudes of the second and subsequent ones Voltage pulses are preferably smaller or at most equal like the highest amplitude, d. H. the amplitude of the first Voltage pulse.

Wie erwähnt werden mit dem ersten Spannungspuls gut haftende Kristallkeime auf der Substrat Oberfläche gebildet. Diese Kristallkeimen bestehen im wesentlichen aus dem ersten Metall (z. B. Pt). Mit einem zweiten Spannungspulses, der die geringste Amplitude aufweist, kann dann weiteres Metall, das im wesentlichen aus dem zweiten Metall besteht und das im allgemeinen eine geringere Haftfähigkeit auf der Substratoberfläche aufweist (z. B. Ru), abgeschieden werden. As mentioned, well-adhering with the first voltage pulse Crystal nuclei formed on the substrate surface. This Crystal seeds essentially consist of the first metal (eg Pt). With a second voltage pulse, the Having the smallest amplitude, then can further metal, which in the essentially consists of the second metal and that in the general a lower adhesion on the Substrate surface (eg, Ru), are deposited.

Hinsichtlich der Abscheidungspotentiale sei an dieser Stelle auf die elektrochemische Spannungsreihe hingewiesen, in der die Standardelektrodenpotentiale korrespondierender Redoxpaare aufsteigend aufgelistet sind. Ein Standardelektrodenpotential ist gewissermaßen das Abscheidungspotential eines Redoxpaares unter Standardbedingungen (Bezugselektrode = Normalwasserstoffelektrode, Aktivität = 1, Temperatur = 298,15 K, Druck = 101,325 kPa), d. h. daß das Standardelektrodenpotentiale korrespondierender Redoxpaare als Maß für deren Abscheidungspotential genommen werden kann. Die Abscheidungspotentiale hängen dabei u. a. von dem Substrat, dem Elektrolyten, insbesondere dessen Konzentration, und den Eigenschaften des jeweiligen Katalysatormetalls ab. Regarding the deposition potentials is at this point referred to the electrochemical series, in the the standard electrode potentials corresponding Redox pairs are listed in ascending order. On Standard electrode potential is to a certain extent the deposition potential of a Redox pair under standard conditions (reference electrode = Normal hydrogen electrode, activity = 1, temperature = 298.15 K, Pressure = 101.325 kPa), d. H. that this Standard electrode potentials of corresponding redox pairs as a measure of their Abscheidungspotential can be taken. The Deposition potentials depend on u. a. from the substrate, the Electrolytes, in particular its concentration, and the properties of the respective catalyst metal.

Ein niedriges Abscheidungspotential besitzen demnach z. B. solche Ionen, die in der Spannungsreihe weit oben stehen, wie z. B. das Redoxpaar Li/Li+, das ein Standardelektrodenpotential von -3,045 V besitzt. Ein hohes Abscheidungspotential besitzen dagegen solche Ionen, die in der Spannungsreihe weit unten stehen, wie z. B. das Redoxpaar Au/Au+, das ein Standardelektrodenpotential von +1,42 V besitzt. A low deposition potential therefore have z. For example, such ions that are high in the voltage series, such. As the redox couple Li / Li + , which has a standard electrode potential of -3.045 V. On the other hand, a high deposition potential has such ions which are far below in the voltage series, such as, for example, B. the redox couple Au / Au + , which has a standard electrode potential of +1.42 V.

Mit nur einem weiteren Spannungspuls kann im allgemeinen nicht die komplette Menge des im Elektrolyten vorliegenden zweiten Metalls (z. B. Ru) abgeschieden werden. In der Praxis beobachtet man, daß der meßbare Strom infolge Metallabscheidung während des zweiten Spannungspulses nach einer gewissen Zeit auf Null zurück geht, obwohl noch abscheidbare Mengen des zweiten Metalls (z. B. Ru) im Elektrolyten vorhanden sind. In general, with just one more voltage pulse not the complete amount of that present in the electrolyte second metal (eg Ru) are deposited. In practice it is observed that the measurable current is due to Metal deposition during the second voltage pulse after a certain Time goes back to zero, though still depositable quantities of the second metal (eg, Ru) are present in the electrolyte.

Wird das Substrat nachfolgend mit einem weiteren Spannungspuls beaufschlagt, der eine höhere Amplitude aufweist wie der vorangegangene Spannungspuls, so ist überraschenderweise erneut ein Strom meßbar, der seine Ursache in weiterem sich abscheidenden Metall hat. D. h. es scheidet sich weiteres Metall ab, das im wesentlichen aus dem zweiten Metall (z. B. Ru) besteht. If the substrate subsequently with another Voltage pulse applied, which has a higher amplitude as the preceding voltage pulse, so it is surprising again a current measurable, which is its cause in further itself has depositing metal. Ie. it separates another metal consisting essentially of the second metal (eg Ru) consists.

Durch weitere Spannungspulse kann die Abscheidung des zweiten Metalls wenigstens annähernd vervollständigt werden. Das sich dabei abscheidende Metall besteht zwar zunächst im wesentlichen aus dem zweiten Metall (z. B. Ru) der Anteil an Metall mit höherem Abscheidungspotential (z. B. Pt) nimmt dabei aber mit zunehmender Amplitude des entsprechenden Spannungspulses stetig zu, wodurch auch die Abscheidung des ersten Metalls wenigstens annähernd vervollständigt wird. By further voltage pulses, the deposition of the second At least approximately completed metal. That I Although the metal that separates it initially exists in the essentially from the second metal (eg Ru) the proportion of metal but with higher deposition potential (eg Pt) decreases with increasing amplitude of the corresponding voltage pulse steadily increasing, which also causes the deposition of the first metal is at least approximately completed.

Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Katalysator, der nach dem vorstehend offenbarten, erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist. A second object of the present invention is a Catalyst which, according to the above disclosed process according to the invention is available.

Der erfindungsgemäße Katalysator haftet gut auf dem Substrat und ist CO-tolerant. So wird der erfindungsgemäße Katalysator selbst bei verhältnismäßig hohen CO-Konzentrationen nicht vollständig vergiftet und regeneriert sich bei Zutritt von Sauerstoff leicht. The catalyst according to the invention adheres well to the substrate and is CO tolerant. Thus, the catalyst according to the invention not even at relatively high CO concentrations completely poisoned and regenerates upon access of Oxygen easily.

Ein dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines Katalysators, der nach dem vorstehend offenbarten, erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist, in elektrochemischen Zellen, Vorrichtungen zur Erzeugung von wasserstoffhaltigen Gasen, sogenannten Reformern, und Vorrichtungen zur Reinigung von wasserstoffhaltigen Gasen. A third object of the present invention is the Use of a catalyst according to the above disclosed method according to the invention is available, in electrochemical cells, devices for generating hydrogen-containing gases, so-called reformers, and devices for cleaning hydrogen-containing gases.

Die o. g. elektrochemischen Zellen bzw. Vorrichtungen können, wenn sie den erfindungsgemäßen Katalysator enthalten, mit Brennstoffen betrieben werden, die einen relativ hohen Gehalt an CO aufweisen, ohne ihre Leistungsfähigkeit vollständig zu verlieren. Dadurch kann z. B. der Aufwand bei der Reinigung von z. B. Reformatgasen reduziert werden. The o. G. electrochemical cells or devices can, if they contain the catalyst according to the invention, with Be operated fuels that have a relatively high content to CO, without fully their performance to lose. As a result, z. B. the effort in cleaning from Z. B. reformate gases can be reduced.

Vorzugsweise kommt die Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysators in Brennstoffzellen in Frage, insbesondere in PEM- Brennstoffzellen. Preferably, the use of the invention Catalyst in fuel cells in question, in particular in PEM Fuel cells.

Weiter bevorzugt ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysators als Elektrodenbeschichtung. Further preferred is the use of the invention Catalyst as electrode coating.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgend erläuterten Fig. 1 bis 4 näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 1 to 4 explained below.

Dabei zeigen: Showing:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Abfolge aus acht Rechteck- Spannungspulsen; Fig. 1 a series of eight rectangular voltage pulses according to the invention;

Fig. 2 eine ebenfalls erfindungsgemäße Abfolge aus sieben Rechteck-Spannungspulsen; FIG. 2 shows a likewise sequence according to the invention consisting of seven rectangular voltage pulses; FIG.

Fig. 3 die U/CO-Kennlinie einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektrode; Fig. 3, the U / CO characteristic of an electrode made by the inventive process;

Fig. 4 die U/air bleed-Kennlinie einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektrode. Fig. 4, the U / air bleed characteristic of an electrode produced by the process according to the invention.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Abfolge von Spannungspulsen schematisch dargestellt, mit der ein Substrat zur elektrochemischen Coabscheidung von Katalysatormetallen beaufschlagt wird. Die Abfolge beginnt mit einem ersten Spannungspuls (1), der ein Hochspannungspuls ist und dessen Amplitude dem Abscheidungspotential UA(M1) des Metalls M1 ("erstes Metall", z. B. Pt) entspricht. In Fig. 1, a sequence of voltage pulses according to the invention is shown schematically, with which a substrate for the electrochemical co-deposition of catalyst metals is applied. The sequence begins with a first voltage pulse ( 1 ), which is a high-voltage pulse and whose amplitude corresponds to the deposition potential U A (M 1 ) of the metal M 1 ("first metal", eg Pt).

Mit diesem ersten Spannungspuls (1) bilden sich Kristallkeime des Metalls M1, welches das höchste Abscheidungspotential aufweist. Aus einem Pt- und Ru-Ionen enthaltenden Elektrolyten können so z. B., mit einem entsprechenden Hochspannungspuls, Kristallkeime von Pt gebildet werden, nicht aber mit einem entsprechenden Niederspannungspuls Kristallkeime von Ru. With this first voltage pulse ( 1 ) form crystal nuclei of the metal M 1 , which has the highest deposition potential. From a Pt and Ru ions containing electrolyte such. B., with a corresponding high voltage pulse, crystal nuclei are formed by Pt, but not with a corresponding low-voltage pulse crystal nuclei of Ru.

Der erste Spannungspuls (1) wird unmittelbar von einem zweiten Spannungspuls (2) gefolgt, dessen Amplitude dem Abscheidungspotential UA(M2) des Metalls M2 ("zweites Metall", z. B. Ru) entspricht. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist UA(M2) kleiner als UA(M1). The first voltage pulse ( 1 ) is directly followed by a second voltage pulse ( 2 ) whose amplitude corresponds to the deposition potential U A (M 2 ) of the metal M 2 ("second metal", eg Ru). As can be seen from FIG. 1, U A (M 2 ) is smaller than U A (M 1 ).

Auf den zweiten Spannungspuls (2) folgen die weiteren Spannungspulse (3), (4), (5), (6), (7) und (8). Insgesamt werden also, bei dieser Abfolge, acht Spannungspulse beaufschlagt. Es ist natürlich aber auch möglich mehr oder weniger als acht Spannungspulse zu beaufschlagen. Bei mehr Spannungspulsen kann die Metallabscheidung vollständiger gestaltet werden, bei weniger Spannungspulsen wird das Verfahren effizienter, weil zeitlich kürzer. Alle nachfolgenden Spannungspulse (2) bis (8) weisen ein mit ihrer Nummer ansteigende Amplitude auf. Während in diesem Beispiel der Anstieg der Amplituden relativ gleichförmig erfolgt, ist es auch möglich, daß der Anstieg von Spannungspuls zu Spannungspuls größer oder kleiner ist. In Fig. 1 nehmen die Pulsdauern Pn (n = 1-8) stetig zu. Die Pulsdauern Pn können jedoch auch gleich sein oder von Spannungspuls zu Spannungspuls zu- oder abnehmen. Durch geeignete Wahl der Pulsdauern der beaufschlagten Spannungspulse kann die Menge an Katalysator, die Lage der Kristallisationskeime, das Kristallwachstum und die Verteilung des Co- Katalysators eingestellt werden. The second voltage pulse ( 2 ) is followed by the further voltage pulses ( 3 ), ( 4 ), ( 5 ), ( 6 ), ( 7 ) and ( 8 ). Overall, therefore, in this sequence, eight voltage pulses are applied. Of course, it is also possible to apply more or less than eight voltage pulses. With more voltage pulses, metal deposition can be made more complete; with less voltage pulses, the process becomes more efficient because it is shorter in time. All subsequent voltage pulses ( 2 ) to ( 8 ) have an amplitude which increases with their number. While in this example the increase of the amplitudes is relatively uniform, it is also possible that the increase from voltage pulse to voltage pulse is larger or smaller. In Fig. 1, the pulse durations P n (n = 1-8) steadily increase. However, the pulse durations P n can also be the same or increase or decrease from voltage pulse to voltage pulse. By suitable choice of the pulse durations of the applied voltage pulses, the amount of catalyst, the position of the nuclei, the crystal growth and the distribution of the co-catalyst can be adjusted.

Die Abfolge endet mit dem letzten Spannungspuls (8), der annähernd die Amplitude des ersten Spannungspulses aufweist, sie aber nicht erreicht. Mit diesem letzten Spannungspuls wird vorzugsweise möglichst viel M1, insbesondere Pt, abgeschieden, um einen möglichst aktiven Katalysator zu erhalten. The sequence ends with the last voltage pulse ( 8 ), which has approximately the amplitude of the first voltage pulse, but not reached. With this last voltage pulse preferably as much M 1 , in particular Pt, deposited in order to obtain a catalyst as active as possible.

In Fig. 2 ist eine weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Fig. 2 entspricht im wesentlichen Fig. 1, aber v. a. mit dem Unterschied, daß die Spannungspulse nicht unmittelbar aufeinander folgen, sondern daß zwischen den Spannungspulsen Wartezeiten Wn (n = 1-6) vorgesehen sind. Ferner weist die Abfolge in Fig. 2 nur 7 Spannungspulse (1) bis (7) auf. Wartezeiten zwischen den Spannungspulsen können v. a. dann von Vorteil sein, wenn dem Abscheidebad zwischen den Spannungspulsen ausreichend Zeit zur Durchmischung bzw. Homogenisierung, z. B. durch Rühren, gegeben werden soll. In Fig. 2 shows another preferred variant of the inventive method is shown schematically. Fig. 2 corresponds essentially to Fig. 1, but especially with the difference that the voltage pulses do not follow each other directly, but that between the voltage pulses waiting times W n (n = 1-6) are provided. Furthermore, the sequence in FIG. 2 has only 7 voltage pulses ( 1 ) to ( 7 ). Waiting times between the voltage pulses can be particularly advantageous if the deposition bath between the voltage pulses sufficient time for mixing or homogenization, for. B. by stirring.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Fig. 3 und 4 näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and FIGS. 3 and 4.

Beispielexample

Es wurde ein erfindungsgemäßer Katalysator durch elektrochemische Coabscheidung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Die so erhaltene Elektrode wurde anschließend hinsichtlich ihrer CO-Toleranz untersucht. It was a catalyst according to the invention by electrochemical co-deposition by the process according to the invention produced. The electrode thus obtained was subsequently examined for their CO tolerance.

1. Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators1. Preparation of a catalyst according to the invention

Es wurde einen Abscheidebad mit einem wässrigen Elektrolyten eingesetzt, der die folgende Zusammensetzungen hatte:
Schwefelsäure 0,1 mol/L
H2[PtCl6].6H2O 5 g/L (9,65 mmol/L)
RuCl3.xH2O 5 g/L (24,10 mmol/L)
A deposition bath containing an aqueous electrolyte having the following compositions was used:
Sulfuric acid 0.1 mol / L
H 2 [PtCl 6 ] .6H 2 O 5 g / L (9.65 mmol / L)
RuCl 3 .xH 2 O 5 g / L (24.10 mmol / L)

Alle o. g. Chemikalien wurden von der Firma Merck Eurolab GmbH bezogen. All o. G. Chemicals were manufactured by Merck Eurolab GmbH based.

Ferner wurde einen Substrat eingesetzt, daß wie folgt hergerichtet wurde:
Als Basis wurde ein Graphitpapier eingesetzt, auf das 2 Gasdiffusionsschichten (GDL) aufgebracht wurden, und zwar eine untere Gasdiffusionsschicht und eine obere Gasdiffusionsschicht.
Further, a substrate was used, which was prepared as follows:
As a base, a graphite paper was used, to which 2 gas diffusion layers (GDL) were applied, namely a lower gas diffusion layer and an upper gas diffusion layer.

Die untere Gasdiffusionsschicht wurde mit einer Belegung von 0,9 mg/cm2 durch Rakeln aufgebracht und enthielt leitfähigen, graphitierten Ruß und 11% PTFE. The bottom gas diffusion layer was applied at a coverage of 0.9 mg / cm 2 by knife coating and contained conductive, graphitized carbon black and 11% PTFE.

Die obere Gasdiffusionsschicht wurde mit einer Belegung von 0,6 mg/cm2 durch Rakeln aufgebracht und enthielt leitfähigen, graphitierten Ruß und kein PTFE. The upper gas diffusion layer was applied at a coverage of 0.6 mg / cm 2 by knife coating and contained conductive, graphitized carbon black and no PTFE.

Als Graphitpapier wurde TGP 090 der Firma Toray eingesetzt. Als leitfähiger, graphitierter Ruß wurde C50 der Firma Chevron eingesetzt. Als PTFE (Polytetrafluorethylen) wurde eine PTFE-Dispersion der Firma Dyneon (Hostaflon TF5235) eingesetzt. As graphite paper TGP 090 Toray was used. As a conductive, graphitized carbon black C50 was the company Chevron used. As PTFE (polytetrafluoroethylene) became a PTFE dispersion from Dyneon (Hostaflon TF5235) used.

Das so hergerichtete Substrat wurden mit Hilfe einer Spannvorrichtungen in dem Elektrolyten angeordnet und als Kathode geschaltet. Als Anode wurde ein platiniertes Titanstreckmetall-Gitter eingesetzt. The thus prepared substrate was removed by means of a Clamping devices arranged in the electrolyte and as a cathode connected. The anode was a platinum-plated Titanium expanded metal mesh used.

Die Kathode wurden mit den nachfolgenden acht Spannungspulsen beaufschlagt (vgl. Tab. 1): Tabelle 1

The cathode was charged with the following eight voltage pulses (see Table 1): TABLE 1

Das Mengenverhältnis der abgeschiedenen Metalle auf der Kathode betrug Pt : Ru = 1,5 : 2. The quantity ratio of the deposited metals on the Cathode was Pt: Ru = 1.5: 2.

2. Untersuchung der CO-Toleranz des erfindungsgemäßen Katalysators ohne air bleed2. Examination of the CO tolerance of the invention Catalyst without air bleed

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Katalysator beschichtete Elektrode wurde in eine Test-PEM- Brennstoffzelle eingebaut, die dann mit Wasserstoffgas bei einer Stromdichte von 1 A/cm2 betrieben wurde. Es wurden fünf Versuche durchgeführt bei denen das Wasserstoffgas mit unterschiedlichen Mengen CO versetzt wurde, so daß Wasserstoffgas mit fünf unterschiedlichen CO-Konzentrationen erhalten wurde. Das mit CO versetzte Wasserstoffgas simuliert das bei einem Reformierungs-Prozeß entstehende Reformatgas. The catalyst-coated electrode according to the method of the present invention was incorporated into a test PEM fuel cell, which was then operated with hydrogen gas at a current density of 1 A / cm 2 . Five experiments were carried out in which the hydrogen gas was mixed with different amounts of CO, so that hydrogen gas with five different CO concentrations was obtained. The CO gas added with CO simulates the reformate gas produced in a reforming process.

Als Test-PEM-Brennstoffzelle wurde eine FC50-OISP Brennstoffzelle der Firma QuinTech (www.quintech.de) eingesetzt. The test PEM fuel cell was an FC50-OISP Fuel cell of the company QuinTech (www.quintech.de) used.

Das Meßergebnis ist in Fig. 3 abgebildet, Tabelle 2 faßt die Meßdaten zusammen. Tabelle 2

The measurement result is shown in Fig. 3, Table 2 summarizes the measurement data together. Table 2

Fig. 3 zeigt, daß die Elektrode bei reinem Wasserstoff als Brennstoff (0 ppm CO) natürlich die höchste Spannung liefert (Meßpunkt 1). Bei Wasserstoff mit einer CO-Konzentration (Verunreinigung) von 50 ppm fällt die Spannung zwar auf etwa die Hälfte ab (Meßpunkt 2), nimmt dann aber, bei den folgenden 3 Meßpunkten (3) bis (5), nur noch leicht ab, bzw. bleibt nahezu konstant. Insbesondere ist zu beachten, daß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Katalysator der hier eingesetzten Elektrode selbst bei so hohen CO- Konzentrationen wie 200 ppm nicht vollständig vergiftet, sondern eine verhältnismäßig hohe Spannung von 287 mV ermöglicht. Fig. 3 shows that the electrode of pure hydrogen as fuel (0 ppm CO) of course provides the highest voltage (measuring point 1 ). In the case of hydrogen with a CO concentration (impurity) of 50 ppm, the voltage falls to about half (measuring point 2 ), but then decreases only slightly at the following 3 measuring points ( 3 ) to ( 5 ), respectively It stays almost constant. In particular, it should be noted that the catalyst prepared by the process according to the invention does not completely poison the electrode used here, even at CO concentrations as high as 200 ppm, but allows a relatively high voltage of 287 mV.

3. Untersuchung der CO-Toleranz des erfindungsgemäßen Katalysators mit air bleed3. Investigation of the CO tolerance of the invention Catalyst with air bleed

Die unter 2.) beschriebene Test-PEM-Brennstoffzelle wurde nun mit Wasserstoff mit konstanter CO-Konzentration von 50 ppm betrieben, ebenfalls wieder bei einer Stromdichte von 1 A/cm2. Im Unterschied zu 2.) wurde nun aber dem Wasserstoff Luft in steigenden Mengen zudosiert (air bleed, in Vol-% Luft pro Volumen H2). The test PEM fuel cell described under 2.) was now operated with hydrogen with a constant CO concentration of 50 ppm, again at a current density of 1 A / cm 2 . In contrast to 2.), however, air was added to the hydrogen in increasing amounts (air bleed, in% air per volume H 2 ).

Das Meßergebnis ist in Fig. 4 abgebildet, Tabelle 3 faßt die Meßdaten zusammen.

The measurement result is shown in Fig. 4, Table 3 summarizes the measurement data together.

Fig. 4 zeigt, daß am Meßpunkt (1) erwartungsgemäß die geringste Spannung gemessen wird. Ferner zeigt Fig. 4, daß der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Katalysator sich schon bei Zudosierung geringer Mengen an Luft schnell regeneriert. Dabei wird der Katalysator entgiftet, indem an der Oberfläche gebundenes CO mit Luft-O2 des air bleeds oxidiert wird. So ist bei Zudosierung von nur 1 Vol-% Luft zum Wasserstoff bereits eine Spannung von 398 mV meßbar (Meßpunkt 2) und bei Zudosierung von nur 3 Vol-% Luft ist eine fast gleich hohe Spannung meßbar (Meßpunkt 4), wie bei Betrieb mit reinem Wasserstoff (Fig. 3, Meßpunkt 1). Fig. 4 shows that, as expected, the lowest voltage is measured at the measuring point ( 1 ). Furthermore, FIG. 4 shows that the catalyst produced by the process according to the invention regenerates rapidly even when small amounts of air are metered in. The catalyst is detoxified by oxidizing CO bound to the surface with air-O 2 of the air bleeds. Thus, when adding only 1% by volume of air to the hydrogen, a voltage of 398 mV is already measurable (measuring point 2 ) and at an addition of only 3% by volume of air, an almost equally high voltage can be measured (measuring point 4 ), as in operation with pure hydrogen ( Fig. 3, measuring point 1 ).

Das Beispiel zeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache Weise (Eintopfverfahren!) ein verhältnismäßig stabiler, CO-toleranter Katalysator erhältlich ist. The example shows that with the method according to the invention in a simple way (one-pot procedure!) a relatively stable, CO-tolerant catalyst is available.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators durch elektrochemische Coabscheidung von zwei oder mehr katalytisch aktiven Metallen auf einem Substrat, bei dem das Substrat in einen Elektrolyten getaucht wird, welcher die Katalysatormetalle enthält, und wenigstens zeitweise eine elektrische Spannung zwischen dem Substrat und einer Gegenelektrode angelegt wird, wobei die Katalysatormetalle unmittelbar mit dem Substrat fest verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytisch aktiven Metalle auf einem Substrat abgeschieden werden, indem das zu beschichtende Substrat mit einer Abfolge von Spannungspulsen beaufschlagt wird. A process for producing a catalyst by electrochemical co-deposition of two or more catalytically active metals on a substrate, wherein the substrate is immersed in an electrolyte containing the catalyst metals and at least temporarily applying an electrical voltage between the substrate and a counter electrode wherein the catalyst metals are fixedly connected directly to the substrate, characterized in that the catalytically active metals are deposited on a substrate by applying a sequence of voltage pulses to the substrate to be coated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfolge von Spannungspulsen mit einem ersten Spannungspuls beginnt, der die größte Amplitude aufweist. 2. The method according to claim 1, characterized, that the sequence of voltage pulses with a first Voltage pulse begins, which has the largest amplitude. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spannungspuls von weiteren Spannungspulsen mit geringeren Amplituden gefolgt wird. 3. The method according to claim 2, characterized, that the first voltage pulse of further voltage pulses is followed with lower amplitudes. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der auf den ersten Spannungspuls folgenden weiteren Spannungspulse schrittweise ansteigen. 4. The method according to claim 3, characterized, that the amplitudes of the on the first voltage pulse following further voltage pulses gradually increase. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der beaufschlagten Spannungen gemäß den Abscheidungspotentialen der abzuscheidenden Katalysatormetalle vorgegeben werden. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized, that the amplitudes of the applied voltages according to the deposition potentials of the deposited Catalyst metals are specified. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der beaufschlagten Spannungen wie folgt vorgegeben werden: a) Beaufschlagen mit einem ersten Spannungspuls, dessen Amplitude gleich hoch ist oder unwesentlich höher als das höchste Abscheidungspotential der abzuscheidenden Katalysatormetalle, um Keime dieses Katalysatormetalls auf dem Substrat zu bilden; b) beaufschlagen mit einem zweiten Spannungspuls, dessen Amplitude gleich hoch ist oder unwesentlich höher als das niedrigste Abscheidungspotential der abzuscheidenden Katalysatormetalle, um dieses Katalysatormetall wenigstens teilweise abzuscheiden; c) ggf. Beaufschlagen mit einem oder mehreren weiteren Spannungspulsen, deren Amplituden jeweils höher sind als die Amplituden der jeweils vorangegangenen Spannungspulse, um die Katalysatormetalle wenigstens teilweise abzuscheiden; d) beaufschlagen mit einem weiteren Spannungspuls, dessen Amplitude höher ist als die Amplitude des vorangegangenen Spannungspulses und niedriger als die Amplitude des ersten Spannungspulses, um die Abscheidung der Katalysatormetalle wenigstens annähernd zu vervollständigen. 6. The method according to claim 5, characterized in that the amplitudes of the applied voltages are specified as follows: a) applying a first voltage pulse whose amplitude is equal to or slightly higher than the highest deposition potential of the catalyst metals to be deposited to form nuclei of this catalyst metal on the substrate; b) applying a second voltage pulse whose amplitude is equal to or slightly higher than the lowest deposition potential of the catalyst metals to be deposited in order to at least partially deposit this catalyst metal; c) optionally applying one or more further voltage pulses whose amplitudes are each higher than the amplitudes of the respective preceding voltage pulses in order to at least partially deposit the catalyst metals; d) applying a further voltage pulse whose amplitude is higher than the amplitude of the previous voltage pulse and lower than the amplitude of the first voltage pulse to at least approximately complete the deposition of the catalyst metals. 7. Katalysator, erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6. 7. Catalyst obtainable by a process according to one of claims 1 to 6. 8. Verwendung eines Katalysators, der nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erhältlich ist, in elektrochemischen Zellen und Vorrichtungen zur Erzeugung oder Reinigung von wasserstoffhaltigen Gasen. 8. Use of a catalyst by a process can be obtained according to one of claims 1 to 6, in electrochemical cells and devices for generating or Purification of hydrogen-containing gases. 9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den elektrochemischen Zellen um Brennstoffzellen handelt, bevorzugt um PEM-Brennstoffzellen. 9. Use according to claim 8, characterized, that it is the electrochemical cells to Fuel cells is, preferably to PEM fuel cells. 10. Verwendung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator als Elektrodenbeschichtung verwendet wird. 10. Use according to claim 7 or 8, characterized, that the catalyst used as an electrode coating becomes.
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DE102005032217A1 (en) * 2005-07-09 2007-01-18 Umicore Ag & Co. Kg Membrane electrode unit for electrochemical devices such as fuel cells and operating processes has ionomer membrane having through passage for internal air bleed function
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