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Title:
ELECTRICALLY CONDUCTIVE MATERIAL AND METHOD FOR THE PRODUCTION OF AN ELECTRICALLY CONDUCTIVE MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/013566
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrically conductive material based on mischmetal nanoparticles (2) of general formula M1 H1 H2 H3…-NP, wherein M1 represents an element from the group Pt (10), Pd (12) and HX represents a heterometal (14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30), wherein, alongside at least one element from the group M1, the mischmetal nanoparticles (2) have at least two different heterometals (14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) HX.

Inventors:
WIDENMEYER MARKUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/069394
Publication Date:
January 28, 2021
Filing Date:
July 09, 2020
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
H01M4/86; B22F1/054; C22C1/08
Foreign References:
US20090082198A12009-03-26
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Claims:
Ansprüche

1. Elektrisch leitfähiges Material auf Basis von Mischmetall-Nanopartikeln (2) der allgemeinen Formel Mi Hi h H3...-NP, wobei Mi ein Element aus der Gruppe Pt, Pd (10, 12) und Hx ein Heterometall (14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) darstellt, wobei die Mischmetall-Nanopartikel (2) neben zumindest einem Element aus der Gruppe Mi zumindest zwei verschiedene

Heterometalle (14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) Hx aufweisen.

2. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Mischmetall-Nanopartikel (2) neben zumindest einem Element aus der Gruppe Mi zumindest drei, vorzugsweise zumindest vier verschiedene Heterometalle (14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) Hx aufweisen.

3. Elektrisch leitfähiges Material nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Heterometalle (14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) Hx Elemente aus der Gruppe der Nebengruppenmetalle, der Lanthanoiden oder der

Elemente der 13., 14. oder 15. Gruppe aufweisen.

4. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass zumindest 20 at-%, vorzugsweise zumindest 40 at-% der

verwendeten Elemente einen Schmelzpunkt oberhalb von 2000°C besitzen.

5. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass zumindest 80% der verwendeten Elemente untereinander binäre Mischungen mit negativer freier Bildungsenthalpie aufweisen.

6. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass als Heterometalle (14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) Hx Elemente ausgewählt werden, die in Verbindung mit den Elementen aus der Gruppe Mi, eine derart hohe Segregationsneigung aufweisen, dass die Atome dieser Elemente im Wesentlichen in einem inneren Kernbereich

angeordnet sind, wohingegen die Atome der Gruppe Mi im Wesentlichen in einem äußeren Schalenbereich angeordnet sind, wobei insbesondere Metalle der Elemente Ru (14), Os (32), Re (16), Mo (20), W (18), Co (28),

Ni (34), V (26) ausgewählt werden.

7. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die Mischmetall-Nanopartikel (2) in Summe zumindest zu 70 at.-% aus den Elementen Pt (10), Pd (12), Ru (14), Os (32), Re (16), Mo (20), W (18), Co (28), Ni (34), V (26), insbesondere zu zumindest 70 at.-% aus den Elementen Pt (10), Pd (12), Ru (14), Os (32), Re (16), Mo (20), W (18) gebildet sind.

8. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet,

dass zumindest ein Element der aus der Gruppe Mi = Pt (10), Pd (12) zumindest ein Element aus der Gruppe Hi = W (18), Mo (20) sowie zumindest ein Element aus der Gruppe H2 = Re (16), Ru (20) vorgesehen ist, wobei das elektrisch leitfähige Material die Elemente der Gruppen Hi und H2 vorzugsweise jeweils zu einem Anteil von 5 bis 30 at.-% aufweist.

9. Elektrisch leitfähiges Material nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die Mischmetall-Nanopartikel (2) die Elemente Ti (30), Zr (36), Hf (38), V (26), Cr (40), Mn (42), Fe (44), Co (28), Ni (34), Os (32) zu einem Anteil in Summe von bis zu 20 at.-% enthalten. 10. Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitfähigem Material auf Basis von Mischmetall-Nanopartikeln (2) der allgemeinen Formel Mi Hi H2 H3...-NP, insbesondere von elektrisch leitfähigem Material nach einem der

Ansprüche 1 bis 9, umfassend die Schritte:

- Herstellen (50) einer Imprägnierlösung, umfassend alle für das

elektrische leitfähige Material vorgesehenen Elemente,

- Beschichten (52) eines Trägermaterials mit der Imprägnierlösung, - Thermisches Behandeln (54) des beschichteten Trägermaterials zur

Herstellung der Mischmetall-Nanopartikeln (2).

11. Verfahren nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass zusätzlich ein thermisches Nachbehandeln erfolgt.

Description:
Beschreibung

Titel

Elektrisch leitfähiges Material und Verfahren zur Herstellung eines elektrisch leitfähigen Materials

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Erzeugnis nach Gattung des unabhängigen Erzeugnisanspruchs sowie einem Verfahren nach Gattung des unabhängigen Verfahrensanspruchs.

Stand der Technik

Elektrisch leitfähige Materialien zur Verwendung als

PEM-Brennstoffzellen-Katalysatormaterial sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei zeigen insbesondere PtCo-, PtNi-Mischmetall-Katalysatoren signifikante, platinspezifische Aktivitätsverbesserungen bei der

Sauerstoffreduktion an der Katode von PEM-Brennstoffzellen.

Unglücklicherweise neigen diese Katalysatoren jedoch zur Oxidation und zum Leaching, d.h. zu einem Herauslösen der Nicht-Platinmetallkomponenten aus dem Katalysatormaterial. Neben einem einhergehenden Aktivitätsverlust kann daher bei der Verwendung von PtCo- und PtNi-Mischmetall-Katalysatoren nicht ausgeschlossen werden, dass größere Mengen teilweise giftiger Nickel- oder Kobalt-Verbindungen in die Umwelt gelangen. Ebenso neigen solche Materialien zu einer Vergröberung und einem Verlust an aktiver Oberfläche.

Offenbarung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Erzeugnis mit den Merkmalen des

unabhängigen Erzeugnisanspruchs sowie ein Verfahren nach Gattung des unabhängigen Verfahrensanspruchs. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im

Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Erzeugnis beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Das erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Material gemäß dem Hauptanspruch dient insbesondere der Verwendung als

PEM-Brennstoffzellen-Katalysatormaterial. Hierbei ist der Vorteil des

Erzeugnisses vor allem darin zu sehen, dass dieses ohne den Einsatz giftiger Komponenten eine besonders hohe Stabilität sowie eine große Aktivität aufweist und dabei die Verwendung teurer Platinelemente auf ein Minimum reduziert.

Das erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Material kann hierbei vorzugsweise als Elektrodenmaterial, insbesondere als

PEM-Brennstoffzellen-Katalysatormaterial verwendet werden. Ferner ist auch ein Einsatz zur Herstellung von Sensormaterialien oder dergleichen denkbar.

Das erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Material ist er hierbei auf Basis von Mischmetall-Nanopartikeln der allgemeinen Formel Mi Hi H2 H3...-NP gebildet, wobei Mi ein Element aus der Gruppe Pt, Pd und Hx ein Heterometall darstellt, wobei die Mischmetall-Nanopartikel neben zumindest einem Element aus der Gruppe Mi zumindest zwei verschiedene Heterometalle Hx aufweisen. Unter einem Heterometall wird im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Metall verstanden, dass keines der Elemente Mi (Pt oder Pd) darstellt. Gemäß der erfindungsgemäßen Anordnung liegt ein Element aus der Gruppe der zumindest drei verschiedenen Elemente insbesondere zu höchstens 80 at.-%, bevorzugt höchstens 60 at.-% vor.

Im Hinblick auf eine besonders große Aktivität des elektrisch leitfähigen Materials kann erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass die

Mischmetall-Nanopartikel neben zumindest einem Element aus der Gruppe Mi zumindest drei, vorzugsweise zumindest vier verschiedene Heterometalle Hx aufweisen. Vorzugsweise können auch mehr als vier, mehr als fünf oder noch mehr verschiedene Heterometalle Hx vorgesehen sein, die dann vorzugsweise eine Legierung erhöhter Entropie bilden („High entropy alloys“). Die sogenannten „high entropy alloys“ erlauben dabei aufgrund der Mehrzahl an Komponenten mehr Freiheitsgrade und damit eine Absenkung der Gibb’schen freien Entropie, sodass die Bildung dieser Verbindungen i.d.R. freiwillig abläuft. Eine mögliche Ausführungsform der Mischmetall-Nanopartikel stellt hierbei beispielsweise die komplexe Legierung Pt22PdioRuioRei2Wi3Mo8Ta5Nb5V5Co5Ti5 dar, für die sich eine Entropie von 18,29 kJ/mol K errechnet.

Bei 400K entsprechen dies 7,5 kJ/mol, bei 1200 K - einer sinnvollen

Synthesetemperatur - entspricht das einer Entropie von 23 kJ/mol. Zum

Vergleich: Mischungsenthalpien nicht mischbarer Metalle liegen lediglich im Bereich einiger hundert bis einiger tausend J/mol, bei der Verbindung Pt7sCo25 beträgt die Entropie bei 400 K im Idealfall (statistische Verteilung der Atome auf den Gitterplätzen) 1,87 kJ/mol. Durch hohe Mischungsentropien ist es hierbei insbesondere möglich, positive Mischungsenthalpien zu kompensieren und eine Mischung zu ermöglichen.

Im Hinblick auf eine hohe Aktivität bei einer gleichzeitig hohen Stabilität des elektrisch leitfähigen Materials kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass die Heterometalle Hx Elemente aus der Gruppe der Nebengruppenmetalle, der Lanthanoide oder der Elemente der 13., 14. oder 15. Gruppe aufweisen. Bezüglich der Elemente der 13., 14. und 15. Gruppe des Periodensystems der Elemente können die Heterometalle hierbei insbesondere in Form der Elemente B, AI, Ga, In, C, Si, Ge, Sn, N oder P vorliegen. Der Begriff„Heterometall“ ist im Rahmen der Erfindung hierbei insbesondere etwas breiter zu verstehen, sodass unter diesen Begriff zumindest auch die Nicht-Metalle und Halbmetalle der 13., 14. und 15. Gruppe des Periodensystems der Elemente zu verstehen sind. Vorzugsweise werden als Heterometalle die Metalle der Gruppe Ru, Re, W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Ti verwendet.

Hinsichtlich eines besonders stabilen elektrisch leitfähigen Materials kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass zumindest 20 at.-%,

vorzugsweise zumindest 40 at.-% der verwendeten Elemente einen

Schmelzpunkt oberhalb von 2000 °C besitzen. Hohe Schmelzpunkte der verwendeten Materialien und Elemente bedingen hierbei insbesondere hohe Barrieren für Änderungen des Metallgittergefüges, wie bspw. Ortsänderungen von Metallatomen im Gitter und bedeuten somit vorteilhafterweise eine hohe Stabilität der Nanopartikel bzw. des elektrisch leitfähigen Materials

Im Rahmen eines besonders aktiven elektrisch leitfähigen Materials kann zudem vorgesehen sein, dass zumindest 80 % der verwendeten Elemente

untereinander binäre Mischungen mit negativer freier Bildungsenthalpie aufweisen.

Vorzugsweise weisen zumindest 80 at.-% der Mischungspaare (ab, ac, ad, bc,

...) der verwendeten Elemente (a, b, c, d, ...) und in Summe zumindest 80 at.-% der verwendeten Elemente bei 500 K einen Bereich mit negativer freier Bildungs- bzw. Mischungsenthalpie auf, wobei eine Komponente eines Paares einen Mischungsanteil von zumindest 3 at.-% besitzt.

Im Hinblick auf eine besonders hohe Stabilität, insbesondere gegenüber dem Prozess des Leachings, kann erfindungsgemäß vorteilhafterweise ferner vorgesehen sein, dass als Heterometalle Hx, Elemente ausgewählt werden, die in Verbindung mit den Elementen aus der Gruppe Mi eine derart hohe

Segregationsneigung aufweisen, dass die Atome dieser Elemente im

Wesentlichen in einem inneren Kernbereich angeordnet sind, wohingegen die Atome der Gruppe Mi im Wesentlichen in einem äußeren Schalenbereich angeordnet sind, wobei insbesondere Metalle der Elemente, Ru, Os, Re, Mo, W, Co, Ni oder V ausgewählt werden. Unter einer Anordnung im Wesentlichen in einem äußeren Schalenbereich wird im Rahmen der Erfindung hierbei insbesondere eine Anordnung von jeweils zumindest 80 at.-% der Anzahl der betreffenden Atome in dem entsprechenden Bereich verstanden, sodass bei einer solchen Anordnung insbesondere zumindest 80% der Atome der Gruppe Mi im äußeren Schalenbereich angeordnet sind. Unter einer Anordnung im Wesentlichen in einem inneren Kernbereich wird entsprechend verstanden, dass zumindest 50%, bevorzugt 80% der Atome der Heterometalle Hx im inneren Kernbereich angeordnet sind. Zwar wird die theoretische Mischungsentropie durch die Ordnungseffekte im Rahmen der Segregation moderat, bspw. um 25% verringert, jedoch bleibt diese immer noch signifikant über der Entropie üblicher binärer Mischungen.

Im Rahmen einer besonders stabilen segregationsfreundlichen Verbindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Mischmetall-Nanopartikel in Summe zumindest zu 70 at.-% aus den Elementen Pt, Pd, Ru, Os, Re, Mo, W, Co, Ni, V, insbesondere zu zumindest 70 At.-% aus den Elementen Pt, Pd, Ru, Os, Re, Mo, W gebildet sind. In Mischungen mit Pt oder Pd haben sich hierbei insbesondere die Elemente Ru, Os, Re, Mo und/oder W als besonders ausgeprägt bezüglich einer Neigung zur Segregation herausgestellt, sodass sich insbesondere bei diesen Verbindungen Pt oder Pd im Wesentlichen im Außenbereich der

Nanopartikel ansiedelt, wohingegen sich Ru, Os, Re, Mo und/oder W im

Wesentlichen im Innenbereich der Partikel anreichern.

Im Hinblick auf eine besonders hohe thermische Stabilität bei einer gleichzeitig möglichst großen Dispersion bzw. einer möglichst großen Oberfläche kann erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass zumindest ein Element aus der Gruppe Mi = Pt, Pd, zumindest ein Element aus der Gruppe Hi = W, Mo sowie zumindest ein Element aus der Gruppe H2 = Re, Ru vorgesehen ist, wobei das elektrisch leitfähige Material die Elemente der Gruppen Mi, Hi und H2 vorzugsweise jeweils einen Anteil von 5 - 60 at.-% aufweist. Ein Beispiel für diese Verbindung stellt Pt45W3sRe2o dar.

Vorzugsweise weist das elektrisch leitfähige Material die Elemente der Gruppen Hi und H2 jeweils zu einem Anteil von 5 - 30 at.-% auf. Ein Beispiel stellt

Pt5oWi 5 MoioRe 25 dar.

Vorzugsweise können die Mischungen noch weitere Elemente umfassen und aus zumindest vier, weiter bevorzugt aus zumindest fünf Elementen gebildet sein. Hierbei kann im Rahmen der Erfindung vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass zusätzlich noch Anteile der Elemente Tantal und/oder Niob zu einem Anteil an der Gesamtmischung von bis zu 25 at.-% zugesetzt werden. Vorteilhafte

Beispiele für solche Verbindungen sind insbesondere Pt33Re2oW3oTai7,

Pt3oRuioRei7W 3i Tai2 oder Pt25Rui 2 Rei5Wi8Moi 2 TaioNb8. Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann erfindungsgemäß ebenso vorgesehen sein, dass die Mischmetall-Nanopartikel die Elemente Ti, Zr, Hf, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Os zu einem Anteil in Summe von bis zu 20 at.-% enthalten. Ein Beispiel für diese Ausführungsform ist

Pt22PdioRuioRei2Wi3Mo8Ta5Nb5V5Co5Ti5.

Im Rahmen von möglichen Verbindungen kann die mittlere Partikelgröße hierbei vorzugsweise kleiner als oder gleich d = 2,5/(l-x) in Nanometer sein, wobei x der atomare Anteil der Summe der Heterometalle H I ,H2,H3... ist und diese Summe mindestens 20 atom-%, bevorzugt mindestens 40 atom-% beträgt

So kann z.B. bei einem Anteil von 25% an Heterometallen die mittlere

Partikelgröße 3,33 nm oder < 3,33 nm betragen, wohingegen sie bei einem Anteil von 50% 5 nm oder weniger betragen kann.

Ebenfalls Gegenstand Erfindung ist zudem ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitfähigem Material auf Basis von Mischmetall-Nanopartikeln der allgemeinen Formel Mi Hi H 2 H 3 ...-NP, insbesondere von voranstehend beschriebenem elektrisch leitfähigem Material. Hierbei umfasst das

erfindungsgemäße Verfahren den Schritt eines Herstellens einer

Imprägnierlösung, umfassend alle für das elektrisch leitfähige Material vorgesehenen Elemente, den Schritt einer Beschichtung eines Trägermaterials mit der Imprägnierlösung sowie den Schritt einer thermischen Behandlung des beschichteten Trägermaterials zur Herstellung der Mischmetall-Nanopartikel. Damit weist das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile auf, wie sie bereits ausführlich in Bezug auf das erfindungsgemäße elektrisch leitfähige Material beschrieben worden sind.

Im Rahmen des ersten Schrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von elektrisch leitfähigem Material auf Basis von

Mischmetall-Nanopartikeln können beispielsweise Verbindungen der Elemente Wolfram, Molybdän, Tantal und/oder Niob in Form von kleinen oxidativen

Nanopartikeln (d < 5 nm) vorgelegt werden, wobei die Metalloxide bzw. andere Metallvorläuferverbindungen vorzugsweise in einem Diol, beispielsweise in Ethylenglykol gelöst und anschließend durch Wasserzugabe hydrolysiert werden können, sodass auch gemischte Metalloxid-Nanopartikel, wie W03/Ta20s oder Mo0 3 /Nb 2 0 5 -Nanopartikel hergestellt werden können. Rhenium kann

beispielsweise in Form von Rhenium (Vll)-Oxiden, in Form von Perrheniumsäure oder in Form von Ammonium- oder Alkylammonium-perrhenat eingebracht werden. Platin, Palladium und Ruthenium können zudem bevorzugt als kommerziell erhältliche Verbindungen eingesetzt werden, wobei Platin zum Beispiel als Nitrat oder in Form von Hexachlorplatinsäure und Ruthenium als Ruthenium (Nitrosyl)- Nitrat oder als Chlorid eingebracht werden können. Weitere Elemente können beispielsweise als Nitrate, Carboxylate oder Halogenide, vorzugsweise ebenfalls als oxidische Nanopartikel (bevorzugt mit d < 4 nm) oder als Alkoholate, bevorzugt als Diolate zugegeben werden. Als Lösungsmittel können zum Beispiel Wasser, Alkohole, Dialkohole, wie Ethylenglykol, Ether, wie THF, stickstoffhaltige Lösungsmittel wie DMF oder NMP und andere in der chemischen Synthese gebräuchliche Lösungsmittel verwendet werden.

Im Rahmen der thermischen Behandlung kann das Trägermaterial nach

Trocknung in nicht oxidierender oder reduzierender Atmosphäre mindestens 30 Minuten bei Temperaturen von über 550 °C gehalten werden, um einen thermodynamisch besonders stabilen Zustand einzunehmen. Bevorzugt kann es hierbei mindestens 30 Minuten über 850 °C in reduzierender, zum Beispiel in H2-haltiger Atmosphäre behandelt werden, insbesondere mindestens 90 Minuten über 850°. Die jeweilige Maximaltemperatur kann dabei bevorzugt über eine definierte Rampe angefahren werden, wobei optional ein oder mehrere

Haltetemperaturen zwischengeschaltet sein können. Ebenso können optional langsame Raten von beispielsweise 0,5 K/min oder 0,2 K/min angewendet werden oder schnelle Rampen von beispielsweise 30 K/min oder 50 K/min.

Ferner kann optional vorgesehen sein, dass zusätzlich eine thermische

Nachbehandlung erfolgt. Hierbei kann zum Beispiel optional 10 Stunden bei 200 °C an feuchter Luft und/oder einer (gegebenenfalls anschließenden) Behandlung für zum Beispiel 1 Stunde oder 10 Stunden bei 90° in einer wässrig-alkalischen oder wässrig-sauren Lösung erfolgen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts der Struktur eines erfindungsgemäßen Nanopartikels gemäß einem ersten

Ausführungsbeispiel als Basis für ein elektrisch leitfähiges Material,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts der Struktur eines erfindungsgemäßen Nanopartikels gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel als Basis für ein elektrisch leitfähiges Material,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte eines

erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines

erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Materials.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts der Struktur eines erfindungsgemäßen Mischmetall-Nanopartikels 2 am Beispiel der Verbindung Pt 22 PdioRuioRei 2 Wi 3 Mo 8 Ta 5 Nb 5 V 5 Co 5 Ti 5 .

Das erfindungsgemäße Mischmetall-Nanopartikel 2 fällt damit unter die erfindungsgemäße allgemeine Formel Mi Hi H2 H3...-NP, wobei Mi ein Element aus der Gruppe Pt, Pd (10,12) und Hx ein Heterometall (14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) darstellt, wobei die Mischmetall-Nanopartikel 2 neben zumindest einem Element aus der Gruppe Mi zumindest zwei verschiedene Heterometalle (14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) H x aufweisen.

Erfindungsgemäß liegen die Elemente aus der Gruppe der vorliegend 11 verschiedenen Elemente dabei auch zu höchstens 80 at.-%, bevorzugt höchstens 60 at.-% vor und sind allesamt in Form von Elementen aus den Nebengruppenmetallen gebildet. Alternativ oder kumulativ können im Rahmen der Erfindung auch Elemente aus der Gruppe der Lanthanoide oder der 13., 14. und 15. Gruppe des Periodensystems der Elemente vorgesehen sein. Hierbei weist die Verbindung Pt22PdioRuioRei2Wi3Mo8Ta5Nb5V5Cc>5Ti5 auch das erfindungsgemäße Merkmal auf, dass zumindest 20 at.-%, vorzugsweise zumindest 40 at.-% der verwendeten Elemente einen Schmelzpunkt oberhalb von 2000 °C aufweisen, was insbesondere eine hohe Stabilität der Nanopartikel bzw. des aus den Nanopartikeln zusammengesetzten elektrisch leitfähigen Materials bedingt.

Ferner zeigt die Verbindung Pt22PdioRuioRei2Wi3Mo8Ta5Nb5V5Co5Ti5 auch das erfindungsgemäße Merkmal, dass zumindest 80 % der verwendeten Elemente untereinander binäre Mischungen mit negativer freier Bildungsenthalpie aufweisen.

Zudem zeigt die beispielhafte Verbindung

Pt22PdioRuioRei2Wi3Mo8Ta5Nb5V5Co5Ti5 auch das erfindungsgemäße Merkmal, dass die Mischmetall-Nanopartikel 2 in Summe zu zumindest 70 at.-% aus den Elementen Pt 10, Pd 12, Ru 14, Os 32, Re 16, Mo 20, W 18, Co 28, Ni 34, V 26, insbesondere zu zumindest 70 at.-% aus den Elementen Pt 10, Pd 12 Ru 14, Os 32, Re 16, Mo 20, W 18 gebildet ist.

Schließlich weist die beispielhafte Verbindung

Pt22PdioRuioRei2Wi3Mo8Ta5Nb5V5Co5Ti5 auch das erfindungsgemäße Merkmal auf, dass die Mischmetall-Nanopartikel 2 zumindest ein Element aus der Gruppe Mi = Pt 10, Pd = 12, zumindest ein Element aus der Gruppe Hi = W 18, Mo 20 sowie zumindest ein Element aus der Gruppe H2 = Re 16, Ru 20 vorhanden ist und insbesondere jeweils zu einem Anteil von 5 - 50 at.-% in dem

Mischmetall-Nanopartikel 2 vorliegen.

Alle Nanopartikel eines erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Materials sollen hierbei erfindungsgemäß vorteilhafterweise idealtypisch gleichartig sein und somit auch gleich Kerne besitzen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts der Struktur eines erfindungsgemäßen Mischmetall-Nanopartikels 2 gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel als Basis für ein elektrisch leitfähiges Material. Das erfindungsgemäße Mischmetall-Nanopartikel 2 gemäß dem zweiten

Ausführungsbeispiel ist ebenfalls in Form der Verbindung

Pt22PdioRuioRei2Wi3Mo8Ta5Nb5V5Co5Ti5 gebildet, wobei das

Mischmetall-Nanopartikel 2 im Gegensatz zur ersten Ausführungsform nicht zufällig verteilt, sondern in segregierter Form vorliegt, in der die Atome der Heterometalle (14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) Hx im Wesentlichen im inneren Kernbereich 4 angeordnet sind, wohingegen die Atome der Gruppe Mi (10, 12) im Wesentlichen in einem äußeren Schalenbereich 6 angeordnet sind. Eine derartige Verbindung ist insbesondere stabil gegenüber Oxidation oder Leaching von Heterometallen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der einzelnen Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Materials.

Im ersten Schritt 50 des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt hierbei zunächst ein Herstellen einer Imprägnierlösung, umfassend alle für das elektrisch leitfähige Material vorgesehenen Elemente. Im Rahmen dieses ersten Schrittes können beispielsweise Verbindungen der Elemente Wolfram, Molybdän, Tantal und/oder Niob in Form von kleinen oxidischen Nanopartikeln (d < 5nm) vorgelegt werden, wobei die Metalloxide vorzugsweise in einem Diol, beispielsweise in

Ethylenglykol gelöst und anschließend durch Wasserzugabe hydrolysiert werden können, sodass auch gemischte Metalloxid-Nanopartikel, wie W03/Ta205 oder Mo03/Nb205-Nanopartikel hergestellt werden können.

In einem zweiten Schritt 52 des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt anschließend ein Beschichten eines Trägermaterials mit der Imprägnierlösung.

In einem dritten Schritt 54 des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt schließlich ein thermisches Behandeln des beschichteten Trägermaterials zur Herstellung der Mischmetall-Nanopartikel 2. Im Rahmen der thermischen Behandlung kann das Trägermaterial nach Trocknung in nicht-oxidierender oder reduzierender Atmosphäre mindestens 30 Minuten bei Temperaturen über 550 °C gehalten werden, um einen thermodynamisch besonders stabilen Zustand einzunehmen. Bevorzugt kann es für mindestens 30 Minuten über 850 °C in reduzierender, zum Beispiel H2-haltiger Atmosphäre behandelt werden und dabei bevorzugt über eine definierte Rampe angefahren werden.

In einem optionalen Schritt 56 des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zusätzlich ein thermisches Nachbehandeln vorgesehen sein, bei dem das behandelte beschichtete Trägermaterial optional 10 Stunden bei 200 °C an feuchter Luft und/oder einer Behandlung für zum Beispiel 1 Stunde oder 10 Stunden bei 90 °C in einer wässrig-alkalischen oder einer wässrig-sauren Lösung erfolgt.

Mittels des erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Materials bzw. des

Verfahrens zur Herstellung des elektrisch leitfähigen Materials ist es

insbesondere möglich, ein elektrisch leitfähiges Material zur Verfügung zu stellen, das ohne den Einsatz giftiger Komponenten eine besonders hohe Stabilität sowie eine große Aktivität aufweist und dabei die Verwendung teurer

Platinelemente auf ein Minimum reduziert.