CN105073260B - 催化剂载体用碳材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种催化剂载体用碳材料，其在用作催化剂载体时，保持高气孔性，而且化学性质稳定，并具有导电性，同时耐久性优良，且反应原料以及反应产物的扩散性也优良。所述催化剂载体用碳材料的特征在于：由具有含碳的棒状体或者环状体分枝而成的三维结构的树状碳中孔结构体构成；所述碳材料具有采用Dollimore‑Heal法对氮吸附等温线进行解析而求出的1～20nm的细孔径以及0.2～1.5cc/g的累积细孔容积；粉末X射线衍射图谱在衍射角(2θ：度)20～30度之间，具有与石墨的002衍射线相当的峰，且在25.5～26.5度具有半峰宽为0.1度～1.0度的峰。

Description

催化剂载体用碳材料
技术领域
本发明涉及催化剂载体中使用的碳材料及其制造方法。
背景技术
在多孔质载体上分散金属微粒所形成的催化剂广泛应用于氢化反应、脱氢反应等，作为载体，广泛应用二氧化硅、氧化铝或活性炭。
作为载体所要求的特性，有形状、大小、组成、结构、在使用环境下的化学稳定性、热稳定性、耐久性、与担载的金属微粒的亲和性、与气液原料的接触效率等。特别地，要求具有高表面积的载体。
金属催化剂以微粒状分散于多孔质物质(载体)表面，催化反应在金属催化剂表面进行。因此，为了提高反应效率，反应原料向催化金属表面的扩散性良好、和反应生成的产物从催化金属表面迅速地扩散除去是非常优选的。
活性炭具有导电性，且化学稳定性优良，但在氧化气氛中，发生因氧化而引起的消耗。另外，活性炭对热也是不稳定的，为了提高担载的金属催化剂的催化活性，对担载的金属催化剂进行处理的温度被限制在活性炭的热稳定区域以下。活性炭以直径2nm以下的微孔为主体，对于反应原料向分散于细孔内的催化金属的扩散性未必可以说是良好的。
二氧化硅、氧化铝的耐氧化性、耐热性优良但为绝缘物质，在发生电子移动的催化剂体系中使用困难。关于反应原料向细孔内的催化金属的扩散性和反应产物的扩散性，与活性炭同样未必是良好的。
作为对原有的碳材料进行改良所得到的催化剂载体，在专利文献1 中记载着一种碳材，其是在1600～2500℃下加热比表面积为1700m2/g 以上的活性炭而制造的，平均细孔径为2.5～4.0nm，比表面积为800m2/g 以上，平均粒径为1～5μm。
另外，在专利文献2中记载着通过在800～2700℃的范围对作为碳黑的一种的科琴碳黑进行热处理和氧化处理，便适合于催化剂用途的高表面积石墨化碳。
作为新型碳材料的催化剂载体，在专利文献3中记载着一种多孔性导电碳物质，其具有在10μm～100nm以及低于100nm且在3nm以上的第1以及第2尺寸范围内相互连接的细孔、和石墨烯结构体。另外，在专利文献4中记载着具有500nm以下的平均一次粒径、3nm～6nm的平均中孔直径(average mesopore diameter)、以及500～2000m2/g的BET 表面积的中孔碳分子筛。
本发明人提出了含碳的棒状体或者环状体分枝而呈三维结构、相互键合而构成网络的枝晶状碳纳米结构体，发现可将该结构体用作催化剂担载用载体(专利文献5)。
然而，伴随着最近的技术的进展，催化剂的使用环境变得更加苛刻，因而即使对于催化剂载体，也有必要进行包含耐久性在内的性能的进一步改善。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-290,062号公报
专利文献2：日本特表2011-514,304号公报
专利文献3：日本特表2009-538,813号公报
专利文献4：日本特开2005-154,268号公报
专利文献5：WO2009/075264
发明内容
发明所要解决的课题
本发明提供一种催化剂载体用碳材料，其在用作催化剂担载用载体时，保持高气孔性，而且化学性质稳定，并具有导电性，即使在苛刻的使用环境中耐久性也优良，且反应原料以及反应产物的扩散性也优良。
用于解决课题的手段
本发明人为解决上述课题而反复进行了潜心的研究，结果通过使具有三维树状结构的碳材料的结构发生变化，发现了不仅保持气孔性的高度，而且细孔内的反应原料以及反应产物的扩散性也优良，化学性质稳定，并具有导电性，且即使在苛刻的使用环境中耐久性也优良的催化剂载体用碳材料，以至完成了本发明。
本发明涉及一种催化剂载体用碳材料，其特征在于：由具有含碳的棒状体或者环状体分枝而成的三维结构的树状碳中孔结构体构成；所述碳材料具有采用Dollimore-Heal法对氮吸附等温线进行解析而求出的 1～20nm的细孔径以及0.2～1.5cc/g的累积细孔容积；粉末X射线衍射图谱在衍射角(2θ：度)20～30度之间，具有与石墨的002衍射线相当的峰，且在25.5～26.5度具有半峰宽为0.1度～1.0度的峰。
再者，本发明还提供一种上述催化剂载体用碳材料的制造方法。
发明的效果
本发明的催化剂载体用碳材料与以前的载体相比，是不仅保持高气孔性，而且细孔内的反应原料以及反应产物的扩散性也优良，特别地，即使在苛刻的使用环境中耐久性也非常优良的载体。
特别地，如果将使用了本发明载体的铂催化剂用于固体高分子型燃料电池，则可以得到电流量的降低率在长期间内较小，从而耐久性优良的燃料电池，结果，可以降低铂的使用量，能够实现大幅度的低成本化，而且可以加速固体高分子型燃料电池的商业市场的普及。
附图说明
图1为本发明实施例1的碳材料的XRD衍射图像。
图2为本发明实施例1的碳材料的XRD衍射图像的放大图，表示半峰宽的测定方法。
图3为本发明实施例5的碳材料的XRD衍射图像。
图4为本发明比较例1的碳材料的XRD衍射图像。
图5为本发明参考例3的碳材料的XRD衍射图像。
图6为本发明实施例1的碳材料的扫描型电子显微镜(SEM)图像 (放大倍数为100K)。
图7为本发明比较例4的碳材料的扫描型电子显微镜(SEM)图像 (放大倍数为100K)。
图8为本发明参考例3的碳材料的扫描型电子显微镜(SEM)(放大倍数为100K)图像。
具体实施方式
下面就本发明的实施方式进行说明。此外，本发明并不局限于这些 实施方式。
本发明的催化剂载体用碳材料是在合成乙炔银之后，经由相分离反 应而得到的。
首先，一边向硝酸银的氨水溶液的液体中照射超声波，一边吹入乙 炔气体，由此以沉淀物的形式生成乙炔银。此时，优选在超声波照射的 同时，进行所述溶液的搅拌。此外，超声波照射既可以通过在盛有所述 溶液的容器中配置超声波振子来实现，也可以将所述容器例如设置于超 声波清洗器中来进行。另外，例如可以使用氧化银(Ag2O)等以替代上述硝酸银。
在采用过滤、离心分离等对所述沉淀物粗略分离水分后，再细分于 反应管中，将其放入真空电炉或者真空高温槽中，在60℃～80℃的温度 下，进行例如12小时以上的加热处理。这么说来，乙炔银发生偏析， 便形成内包有金属银粒子的金属内包树状纳米结构物。
此外，如果使所述沉淀物完全干燥，则沉淀物变得不稳定，有时通 过摩擦刺激等而出现爆炸反应。另外，关于所述沉淀物，也可以准备与 所述水溶液不同的溶剂，通过用该溶剂清洗等方法进行溶剂置换。
乙炔银沉淀物保持原状地花费10分钟～30分钟，进行加热处理直 至160℃～200℃(第1热处理)。乙炔银在150℃附近发生爆炸的相分 离反应，从而内包的银喷出，可以得到在表面以及内部形成有许多喷出 孔(中孔)的碳的树状纳米结构物(以下称为“中孔碳纳米枝晶”或者 简称为“碳纳米枝晶”)。
该状态的碳纳米枝晶由于具有残存于其表面的银(粒子)，因而将这些银和不稳定的碳成分予以除去。在此情况下，特别是通过实施使用硝酸水溶液的溶解清洗处理，可以将除去的银以硝酸银的形式有效地再利用。采用硝酸水溶液的清洗也可以反复实施，直至银可以被除去。如上述那样得到的碳纳米枝晶自身具有充分高的比表面积，例如为1500m2/g以上。
接着，在减压气氛下或者不活泼气体气氛下，对该碳纳米枝晶进行 1600℃以上的加热处理(第2热处理)。作为不活泼气体，例如可以使用氮、氩、氦等，其中优选使用氩。
加热处理的温度为1600～2200℃。加热处理的时间随加热温度的变化而变化，但优选为0.5～4小时。关于加热方式，例如可以使用电阻加热、微波加热、高频感应加热方法等。关于炉的形式，间歇式炉、隧道式炉等只要能够实现不活泼或者减压气氛就没有限制。采用以上的方法，便可以得到本发明的目标的催化剂载体用碳材料。
本发明的催化剂载体用碳材料具有棒状或者环状的单元结构三维地连接在一起的所谓枝晶结构。该枝晶结构可以采用扫描型电子显微镜 (SEM)进行观察。该树状部分的长度通常为50～300nm，树状部分的直径为30～150nm左右。
在1600～2200℃加热处理所得到的本发明的催化剂载体用碳材料的BET比表面积为200～1300m2/g，具有与加热处理活性炭所得到的催化剂载体(专利文献1)同等的数值。但是，本发明的催化剂载体用碳材料的细孔由于是通过纳米级的爆炸反应，内包的银喷出而形成的，因而其细孔主要为连续的中孔。在将催化金属粒子担载于细孔内的情况下，一般其粒子直径为几nm，但在本发明的催化剂载体用碳材料中，可以充分确保用于使反应物质和反应产物在细孔内扩散的空间。另一方面，在BET比表面积相同但为活性炭的情况下，由于不是连续的细孔，因而即使担载催化金属粒子，反应物质和反应产物也难以在细孔内扩散，所以是不充分的。
本发明的催化剂载体用碳材料在直径1nm～20nm的区域具有容积为0.2cc/g～1.5cc/g的累积细孔容积，通常调配成直径几nm(2～10nm) 的催化金属微粒以高分散状态分散于细孔内。一般认为只要金属微粒收纳于圆筒状细孔内，就可以抑制催化剂粒子彼此之间的合并和剥离，这有助于催化剂寿命的延长。
此外，在算出细孔径以及累积细孔容积时，有几个解析方法，但可以采用Dollimore-Heal法(DH法)解析吸附过程的吸附等温线而算出。
本发明的催化剂载体用碳材料在将25℃的相对压力为10％下的水蒸气吸附量设定为(mL/g)(V10)、而且将碳材料的BET比表面积(m2/g) 设定为(S)时，每单位面积的吸附量(mL/m2)(V10/S：Q值)为0.05×10-3～ 1.0×10-3。优选为0.7×10-3以下。在将本发明的载体碳材料适用于固体高分子型燃料电池的阴极的情况下，必须向担载于细孔内部的金属微粒输送作为反应物质的质子。质子由于是以吸附于细孔内壁的水为介质而进行移动(质子传导)的，因而细孔内部的亲水性的控制支配催化剂的性能。本发明人进行了潜心的研究，结果发现了作为最适合于质子传导的亲水性指标的Q值。为了在低湿度的苛刻的运行环境下获得质子传导，低相对压力的水蒸气吸附量的管理是最合适的，潜心研究的结果，相对压力为10％的水蒸气吸附量是最合适的，进而将10％的水蒸气吸附量除以BET值，从而可以作为每单位表面积的亲水性这一标准化的指标来表示。如果Q值小于0.05×10-3，则低加湿条件下运行时的质子传导电阻增大，因而过电位(overvoltage)增大，从而不适宜于固体高分子型燃料电池的阴极。如果Q值大于1.0×10-3，则由于亲水性过高，因而在高加湿条件下运行时，产生所谓的淹没现象(flooding phenomenon)而不能发电。
本发明的催化剂载体用碳材料的特征在于：采用粉末X线衍射 (XRD)法的X射线衍射图谱在衍射角(2θ：度)20～30度之间，存在与石墨的002衍射线相当的峰，且在25.5～26.5度具有半峰宽为0.1 度～1.0度的峰。本发明的碳材料之所以也能够耐受氧化性高的苛刻环境下的使用，是因为通过1600～2200℃的热处理而发达的石墨烯的层叠结构，而且与此同时，之所以能够发挥反应原料以及反应产物的扩散性也优良的催化剂性能，是因为来源于中孔的细孔结构的由纳米尺寸的石墨烯构成的非晶质结构。本发明的碳材料的最大的特征是具有发达的石墨烯的层叠结构、和由纳米尺寸的石墨烯构成的非晶质结构两者共存的结构。具体地使发达的石墨烯的层叠结构指标化的是存在X线衍射的 25.5～26.5度的峰，而且其线宽度为0.1～1.0度。如果小于0.1度，则由于层叠结构过于发达，细孔坍塌而不能维持气体扩散性。如果大于1.0 度，则层叠结构的发达并不充分，因而氧化消耗变得明显，从而不能耐受苛刻的运行环境。另外，示出由纳米尺寸的石墨烯构成的非晶质结构的是存在20～30度之间的宽的峰。如果不存在该宽的峰(与石墨的002 衍射线相当的峰)，则由连纳米尺寸的石墨烯都不含有的不定形的碳构成，不能维持中孔的结构，从而气体扩散性降低。
在这样得到的本发明的催化剂载体用碳材料用作催化剂载体的情况下，与以前的载体相比，是不仅保持高气孔性，而且细孔内的反应原料以及反应产物的扩散性也优良，特别地，即使在苛刻的使用环境中耐久性也非常优良的载体。
本发明的催化剂载体用碳材料在对担载的催化剂粒子进行热处理而使其活化时，与在以前的活性炭催化剂中500℃左右实质上为上限温度这种情况相比，由于可以耐受直至1000℃左右的加热，因而活化条件的制约得以大幅度缓和。加之与以前的活性炭载体相比，构成碳由氢、 CO、CO2等产生的消耗也大幅度受到抑制。
实施例
以下就本发明的实施例进行说明，但本发明并不局限于这些实施例。
本发明得到的催化剂载体用碳材料的评价如下所述那样进行。
对于碳材料的结构，使用日立ハイテクノロジーズ生产的场致发射型扫描电子显微镜(SEM)SU-9000型观察形状，以确认碳纳米枝晶结构的有无。
氮吸附BET比表面积、细孔径以及累积细孔容积的测定使用クアンタクローム公司(Quantachrome Instruments)的オートソーブI-MP 型进行测定。细孔径以及累积细孔容积采用Dollimore-Heal法(DH法) 对吸附过程的吸附等温线进行解析而算出。采用装置内置的解析程序算出细孔径在1.0～20nm之间的累积细孔容积(cc/g)。
25℃下的水蒸气吸收量使用日本ベル公司生产的高精度蒸气吸附量测定装置BELSORP-aqua3进行测定。对由以下记载的实施例以及比较例制作而成的试料在120℃、1Pa以下进行2小时的脱气前处理，然后保持在25℃的恒温下，从真空状态开始慢慢地供给水蒸气而使相对湿度分阶段地发生变化，直至达到25℃下的水蒸气的饱和蒸气压，从而测定了水蒸气吸附量。
由得到的测定结果作成吸附等温线，读取相对湿度为10％和90％时的水蒸气吸附量，相对于每1g试料，换算成标准状态的水蒸气体积。
将25℃的水蒸气相对压力为10％下的水蒸气吸附量(mL/g)(V10) 除以氮吸附BET表面积(m2/g)(S)，算出每单位面积的水蒸气吸附量 (mL/m2)(V10/S：Q值)。
使用Rigaku制试料水平型强力X线衍射装置RINT TTRIII，测定了粉末X线衍射图案。测定在常温下进行，以0.02度/步、1度/分钟进行测量。在石墨结晶中通常看到的d002衍射线的位置在2θ≒26.5度，但在本发明的实施例1～6中，在衍射角(2θ：度)为20～30度之间，存在与石墨的002衍射线相当的峰，而且在25.5～26.5度处观察到半峰宽为0.1度～1.0度的峰。该情况如图1所示。
本发明的催化剂载体用碳材料采用以下的方法获得。另外，实施例 1～6、比较例1～4以及参考例1～3的碳材料的评价结果如表1所示。
(实施例1)
首先，在烧瓶中准备以1.1mol％的浓度含有硝酸银的氨水溶液 (1.9％)150mL，并用氩和干燥氮等不活泼气体将残留氧除去。搅拌该溶液，一边使超声波振子浸渍于液体中而赋予振动，一边以25mL/min 的流速向该溶液吹入乙炔气体大约4分钟。
在溶液中产生乙炔银的固体物质，待乙炔银完全沉淀完后，采用膜滤器对沉淀物进行过滤。过滤时，用甲醇清洗沉淀物并加入若干乙醇，使沉淀物中浸渍有所述甲醇。在真空干燥机中将浸渍有甲醇这一状态下的乙炔银沉淀物快速加热至160℃～200℃的温度，在一定温度下保持 20分钟(第1热处理)。在保持中发生纳米级的爆炸反应，银喷出而可以得到碳和在碳表面附着有银的中间物。
用浓硝酸对该中间物清洗1小时，从而将在其表面等上残存的银以硝酸银的形式溶解除去，同时将不稳定的碳化合物溶解除去。将进行过溶解除去的中间物水洗后，放入石墨坩埚中，在氩气氛下，于石墨化炉中进行1600℃、2小时的热处理(第2热处理)，从而得到催化剂载体用碳材料。实施例1得到的碳材料的XRD衍射例如图1所示。将图1 的角度的宽度放大所得到的图如图2所示。由图2的图求出了峰位置以及峰的半峰宽。其结果是，峰位置在25.9度，半峰宽为0.7度。实施例 1得到的碳材料的SEM图像如图6所示。树状部的直径大约为60nm，长度为130nm。
(实施例2)
除了将第2热处理的温度设定为1800℃以外，与实施例1同样地进行处理而得到碳材料。
(实施例3)
除了将第2热处理的温度设定为2000℃、并将处理时间设定为0.5 小时以外，与实施例1同样地进行处理而得到碳材料。
(实施例4)
除了将第2热处理的加热时间设定为2小时以外，与实施例3同样地进行处理而得到碳材料。
(实施例5)
除了将第2热处理的加热时间设定为4小时以外，与实施例3同样地进行处理而得到碳材料。实施例5得到的碳材料的XRD衍射例如图 3所示。
(实施例6)
除了将第2热处理的温度设定为2200℃以外，与实施例1同样地进行处理而得到碳材料。
(比较例1)
除了将第2热处理的温度设定为200℃以外，与实施例1同样地进行处理而得到碳材料。比较例1得到的碳材料的XRD衍射例如图4所示。
(比较例2)
除了将第2热处理的温度设定为800℃以外，与实施例1同样地进行处理而得到碳材料。
(比较例3)
除了将第2热处理的温度设定为1200℃以外，与实施例1同样地进行处理而得到碳材料。
(比较例4)
除了将第2热处理的温度设定为2600℃以外，与实施例1同样地进行处理而得到碳材料。比较例4得到的碳材料的SEM图像如图7所示。
作为参考例，准备以前用作固体高分子燃料电池的催化剂载体的碳材料科琴碳黑(ライオン(株)公司生产，商品名：EC600JD)的试料，采用与实施例同样的方法进行无加热处理(参考例1)、1800℃下的加热处理(参考例2)、2000℃下的加热处理(参考例3)，同样测定了BET 比表面积S、累积细孔容积、V10/S(Q值)、枝晶结构的有无。
如表1所示，实施例1～6具有如下的结构：一并具有适度发达的石墨烯的层叠结构、和来源于中孔的细孔结构的由纳米尺寸的石墨烯构成的非晶质结构。再者，这些碳材料具有枝晶结构，通过结合以Q值为代表的每单位面积的水蒸气吸附量，使催化剂分散性良好，并使制成电池时的催化层的保湿特性处在适宜于低加湿环境的运行的范围。另一方面，可知比较例1～3尽管具有枝晶结构，但石墨烯的层叠处于并不充分的状态；参考例1～3不具有枝晶结构，而且从X射线衍射图谱的形状以及Q值的值来看，催化剂分散性、制成燃料电池时的气体和生成的水的扩散性与本发明的碳材料相比并不充分。
(催化剂评价试验)
作为氢化催化反应的例子，调配将实施例1～6以及比较例1～4的碳材料用作催化剂载体的金属担载催化剂，如以下那样评价了作为燃料电池的耐久性。
作为催化剂种类，使用铂，电池性能使用燃料电池测定装置，以初期性能、循环劣化试验进行了评价。评价结果如表1所示。
在蒸馏水中加入氯铂酸水溶液和聚乙烯吡咯烷酮，一边在90℃下进行搅拌，一边将硼氢化钠在使其溶于蒸馏水中之后注入，从而使氯铂酸得以还原。在其水溶液中添加实施例1～6以及比较例1～4的碳材料，搅拌60分钟之后，进行过滤和清洗。将得到的固体物质在90℃下真空干燥之后进行粉碎，在250℃的氢气氛中热处理1小时，从而制作出燃料电池用催化剂。此外，催化剂的铂载量调配为30质量％。
关于铂粒子的粒径，根据Scherrer式，由使用X线衍射装置(Rigaku 公司生产的RAD)所得到的催化剂的粉末X射线衍射图谱的铂(111) 峰的半峰宽进行估算。
在氩气流中添加所述催化剂和溶液(アルドリッチ制)，以便使固体成分的质量为催化剂质量的3倍，轻轻搅拌后，用超声波将催化剂粉碎，然后一边搅拌一边加入乙酸丁酯，使得铂催化剂和合在一起的固体成分浓度为2质量％，从而制作出催化层料浆。
采用喷涂法分别在特氟隆(注册商标)片材的单面涂布所述催化层料浆，在80℃的氩气流中干燥10分钟，接着在120℃的氩气流中干燥1 小时，从而得到在催化层中含有催化剂的电极片材。此外，设定喷涂等条件，从而使电极片材的铂使用量为0.15mg/cm2。铂使用量通过测定喷涂涂布前后的特氟隆(注册商标)片材的干燥质量，由其差计算而求出。
再者，从每一张得到的电极片材上切取2片2.5cm见方大小的电极，用同种类的2片电极夹持电解质膜(112)，从而使催化层与电解质膜接触，然后在130℃、90kg/cm2下进行10分钟的热压。在该状态下冷却至室温后，仅将特氟隆(注册商标)片材仔细地剥下来，使两电极(以下称为阳极和阴极)的催化层固定在膜上。再者，切取 2片大小为2.5cm见方的市售的碳布(ElectroChem公司生产的EC- CC1-060)，使其夹持着固定于膜上的阳极和阴极而在130℃、 50kg/cm2下进行10分钟的热压，从而制作出4种膜/电极接合体 (Membrane Electrode Assembly：MEA)。
制作的各MEA装入市售的燃料电池测定装置中，从而进行了电池性能的测定。关于电池性能测定，使单电池端子间电压由开路电压(通常为0.9～1.0V左右)分阶段地变化至0.2V，测定单电池端子间电压为 0.8V时流过的电流密度。另外，作为耐久试验，在开路电压下保持15 秒钟，并将单电池端子间电压在0.5V下保持15秒钟，这样的循环实施 4000次，然后与耐久试验前同样地测定了电池性能。关于气体，向阴极供给空气，而且向阳极供给纯氢，从而使其利用率分别为50％和80％，各自的气压采用设置在单电池下游的背压阀压力调整为0.1MPa。单电池温度设定为70℃，供给的空气和纯氢分别在保温于50℃下的蒸馏水中进行吹泡，从而进行加湿。
电池特性以铂的每单位面积的电流量(mA/cm2)来评价。电池的耐久性用降低率进行评价。降低率用以下的式子算出。
降低率(％)＝{(初期特性－劣化后特性)/初期特性}×100
如表1所示，将本发明得到的碳材料(实施例1～6)用作催化剂载体的电池的电流降低率与比较例1～4相比，非常小。该结果表明：通过使用本发明的催化剂载体用碳材料，不仅维持初期性能，而且改善电池的耐久性。该电流降低率的改善可以认为是本发明的催化剂载体用碳材料具有发达的石墨烯的层叠结构、和由纳米尺寸的石墨烯构成的非晶质结构两者共存的结构的结果。
以沥青为原料的焦炭、碳纤维、活性炭等易石墨化性碳材料如果加热至高温，则转换为石墨。石墨一般耐氧化性较高，因而如果将石墨质用作载体，则对于电池耐久性的改善是有效的，但另一方面，在热处理过程中发生石墨晶体结构的再排列，从而存在的课题是催化剂的分散所需要的BET比表面积的降低和细孔结构的坍塌。因此，在专利文献1 中，为了补偿使用作为活性炭的易石墨化碳的前体时的细孔的坍塌，事先进行高度的活化处理，从而确保大的BET表面积，而且确保热处理后的细孔结构。本发明将由纳米尺寸的石墨烯构成的枝晶状碳材料作为起始原料，并对其进行热处理(第2热处理)，从而赋予如下的结构：一并具有适度发达的石墨烯的层叠结构、和来源于中孔的细孔结构的由纳米尺寸的石墨烯构成的非晶质结构。因此，本发明与专利文献1的碳材不同，作为载体使用时，可以兼顾气体扩散性、由来源于纳米尺寸石墨烯的催化特性的确保等产生的初期性能的担保以及耐久性，从而可以发挥高的电池性能。
本发明的碳材料除了在此介绍的金属担载催化剂载体用途以外，在要求气体或液体的扩散性的领域，例如作为双电层电容器用活性炭电极、锂空气二次电池空气极等也是有效的材料。

Claims (2)

1.一种催化剂载体用碳材料，其特征在于：
由具有含碳的棒状体或者环状体分枝而成的三维结构的树状碳中孔结构体构成；
具有采用Dollimore-Heal法对氮吸附等温线进行解析而求出的1～20nm的细孔径以及0.2～1.5cc/g的累积细孔容积；
粉末X射线衍射图谱在衍射角2θ为20～30度之间，具有与石墨的002衍射线相当的峰，且在25.5～26.5度具有半峰宽为0.1度～1.0度的峰。
2.根据权利要求1所述的催化剂载体用碳材料，其特征在于：
BET比表面积为200m2/g～1300m2/g；
25℃的相对压力为10％下的以mL/g表示的水蒸气吸附量V10与碳材料的以m2/g表示的氮吸附BET比表面积S之比V10/S为0.05×10-3～1.0×10-3mL/m2。
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