JP2002134123A - Catalyst for fuel cell, its manufacturing method, and electrode for the fuel cell - Google Patents

Catalyst for fuel cell, its manufacturing method, and electrode for the fuel cell

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JP2002134123A JP2000321459A JP2000321459A JP2002134123A JP 2002134123 A JP2002134123 A JP 2002134123A JP 2000321459 A JP2000321459 A JP 2000321459A JP 2000321459 A JP2000321459 A JP 2000321459A JP 2002134123 A JP2002134123 A JP 2002134123A
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst for a fuel cell, made from carbon powder on which platinum base transition metal fine particles dispersed with a silicone base polymer compound are carried. SOLUTION: The carbon powder coated with the silicone base polymer, in which the platinum base transition metal is dispersed, can be obtained in a simple, rapid process. The carbon powder can be used in a catalyst electrode as the catalyst for the fuel cell, which has high efficiency and high durability.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池用触媒及
びその製造方法、並びに燃料電池用電極に関する。
The present invention relates to a catalyst for a fuel cell, a method for producing the same, and an electrode for a fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】燃料電
池は、内燃機関に比べて、30〜40%という高いエネ
ルギー効率と、水素と酸素を燃料として水しか排出しな
いため、エネルギー・環境の領域で世界に革命を起こし
うる21世紀の究極の電池候補の一つとして考えられて
いる。中でも、70〜90℃という低温で作動し、高エ
ネルギー密度で小容量という特徴を持つ固体電解質型燃
料電池は、電気自動車用又は家庭用電源として非常に注
目されている。
2. Description of the Related Art A fuel cell has a high energy efficiency of 30 to 40% as compared with an internal combustion engine and emits only water using hydrogen and oxygen as fuel. It is considered as one of the ultimate battery candidates in the 21st century that could revolutionize the world. Above all, a solid oxide fuel cell that operates at a low temperature of 70 to 90 ° C., has a high energy density, and has a small capacity has attracted much attention as a power source for electric vehicles or homes.

【0003】燃料電池の構造は、膜・電極接合体を中心
に挟んで一番外側にあるセパレーターの両側から水素と
酸素が供給されるようになっているセルと、このセルを
複数枚直列につないだスタックから構成されている。こ
の膜・電極接合体は、イオン交換膜の両側に、水素極と
酸素極と呼ばれる2つの触媒層のついた電極から構成さ
れている。水素極では、燃料の水素ガスが触媒の働きで
プロトン(H+)となり、イオン交換膜を通り抜けて酸
素極に向かう。酸素極では、送られてきた空気中の酸素
が触媒の働きでプロトンと反応し、水になる。この一連
の反応で電気が生み出される。こうした水素極や酸素極
での触媒は、通常、白金からなる触媒が使用されてい
る。
A fuel cell has a structure in which hydrogen and oxygen are supplied from both sides of an outermost separator with a membrane / electrode assembly interposed therebetween, and a plurality of such cells are connected in series. Consists of connected stacks. This membrane-electrode assembly is composed of electrodes having two catalyst layers called a hydrogen electrode and an oxygen electrode on both sides of an ion exchange membrane. At the hydrogen electrode, the hydrogen gas of the fuel becomes protons (H + ) by the action of a catalyst and passes through the ion exchange membrane toward the oxygen electrode. At the oxygen electrode, oxygen in the sent air reacts with protons by the action of a catalyst to form water. This series of reactions produces electricity. As a catalyst at such a hydrogen electrode or an oxygen electrode, a catalyst made of platinum is usually used.

【0004】白金触媒は、一般的には活性炭やカーボン
ブラックのような炭素単体に、塩化白金酸のような白金
イオン含有溶剤を含浸させ、これをポリビニルアルコー
ルのような保護コロイドの存在下に、ソディウムボロハ
イドライドや水素のような還元剤を作用させることによ
り、白金コロイドを炭素単体上に沈着させて調製してい
る。
A platinum catalyst is generally prepared by impregnating a carbon simple substance such as activated carbon or carbon black with a platinum ion-containing solvent such as chloroplatinic acid, and then impregnating the solvent with a protective colloid such as polyvinyl alcohol. It is prepared by depositing platinum colloid on carbon alone by the action of a reducing agent such as sodium borohydride or hydrogen.

【0005】しかし、この触媒には、次のような要望・
問題点がある。 (1)白金金属が高価であるので、使用量を減らし、高
活性にしたい。 (2)一酸化炭素や硫黄などの不純物が入って触媒表面
を覆うと、触媒活性を落とす(被毒)。 (3)時間の経過とともに白金粒子同士がくっついて表
面積が減少し、活性が減少する。
However, this catalyst has the following demands.
There is a problem. (1) Since platinum metal is expensive, it is desired to reduce the amount used and to increase the activity. (2) If impurities such as carbon monoxide and sulfur enter and cover the catalyst surface, the catalytic activity is reduced (poisoning). (3) With the passage of time, the platinum particles adhere to each other and the surface area decreases, and the activity decreases.

【0006】この解決方法として、(1)は白金金属を
微粒子にして表面積を上げ、活性を上げる、(2)はル
テニウム、ロジウムやパラジウム等の白金以外の金属を
添加するなどの対策がなされている。
As a solution to this problem, (1) platinum metal is used as fine particles to increase the surface area to increase the activity, and (2) measures such as adding a metal other than platinum such as ruthenium, rhodium and palladium are taken. I have.

【0007】しかし、(3)については、保護コロイド
や還元剤を主材料である白金や炭素単体に対してどのく
らい使用するかという配合比、白金微粒子化の反応条件
の選定、温度・時間・雰囲気の細かく煩雑な設定を行
い、対応していたが、本質的な解決はできていなかっ
た。特に、触媒電極にするために最終工程で焼成したと
き、従来から保護コロイドとして用いられていたポリビ
ニルアルコール、ポリメチルビニルエーテル、ポリビニ
ルピロリドンやゼラチンなどは分解してしまい、白金を
安定に保持することができず、電極材料としたときの白
金の凝集を防ぐことができなかった。このため、白金の
高い触媒活性を、自動車では5000時間、家庭用では
50000時間といわれる長い寿命で発現させることが
できてはいなかった。
However, regarding (3), the compounding ratio of the amount of the protective colloid and the reducing agent to be used for the main material of platinum and carbon alone, the selection of the reaction conditions for platinum fine particles, the temperature, time and atmosphere Although the settings were complicated and complicated, they could not be solved. In particular, when calcined in the final step to make a catalyst electrode, polyvinyl alcohol, polymethyl vinyl ether, polyvinylpyrrolidone, gelatin, etc., which have been conventionally used as protective colloids, are decomposed, and platinum can be stably held. It was not possible to prevent the aggregation of platinum when used as an electrode material. For this reason, the high catalytic activity of platinum has not been able to be exhibited with a long life of 5,000 hours for automobiles and 50,000 hours for home use.

【0008】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、簡便かつ迅速なる工程により、白金微粒子を分散・
安定化させたケイ素系高分子化合物でコートしたカーボ
ン粉体を得ることができ、高効率で耐久性に優れる触媒
として利用できる燃料電池用触媒及びその製造方法、更
にはこの触媒を用いた燃料用電池電極を提供することを
目的とする。
[0008] The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a simple and rapid process for dispersing and dispersing platinum fine particles.
A carbon powder coated with a stabilized silicon-based polymer compound can be obtained, a fuel cell catalyst which can be used as a catalyst having high efficiency and excellent durability, a method for producing the same, and a fuel using the catalyst. It is intended to provide a battery electrode.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】本
発明者は、鋭意検討を行った結果、カーボン粉体上に形
成させた還元性ケイ素系高分子薄膜を、白金系遷移金属
の塩と接触させることにより、簡便かつ迅速な工程で白
金微粒子を分散・安定化させたケイ素系高分子化合物で
コートしたカーボン粉体を得ることができ、高効率で耐
久性に優れる触媒として利用できる燃料電池用触媒が得
られることを知見した。
Means for Solving the Problems and Embodiments of the Invention As a result of intensive studies, the present inventor has found that a reducing silicon-based polymer thin film formed on carbon powder is converted into a salt of a platinum-based transition metal. A carbon powder coated with a silicon-based polymer compound in which platinum fine particles are dispersed and stabilized by a simple and quick process by contacting with, a fuel that can be used as a highly efficient and durable catalyst It was found that a battery catalyst was obtained.

【0010】ところで、ケイ素系高分子化合物は、炭素
に比べてケイ素が高い金属性をもち、酸化ケイ素が高い
耐酸化性を持つため、有機樹脂ではとうてい得られてい
ない高い耐熱性を持ち、更にケイ素上への有機基の導入
により低温での柔軟性、良好な薄膜形成性を示す広い温
度で使用可能な非常に興味深い素材である。また、ある
種のケイ素系高分子化合物、例えばポリシランは炭化ケ
イ素セラミック材料の前駆体として、ポリシロキサンは
酸化ケイ素セラミック材料の前駆体として、熱処理等に
より非常に耐熱性に優れた材料になることも良く知られ
ている。更に、Si−Si結合及び/又はSi−H結合
を有するケイ素系高分子化合物、特にポリシランあるい
はSi原子に直接結合した水素原子を有する重合体は、
還元性を持ち、金属塩から金属コロイドを生成すること
が知られている。
By the way, silicon-based polymer compounds have high heat resistance, which has not been obtained by organic resins, since silicon has a higher metallicity than carbon and silicon oxide has high oxidation resistance. It is a very interesting material that can be used at a wide range of temperatures, showing flexibility at low temperatures and good film-forming properties by introducing organic groups on silicon. In addition, certain silicon-based polymer compounds, for example, polysilane as a precursor of a silicon carbide ceramic material, and polysiloxane as a precursor of a silicon oxide ceramic material, can become a material having extremely excellent heat resistance by heat treatment or the like. Well known. Further, a silicon-based polymer compound having a Si-Si bond and / or a Si-H bond, particularly a polysilane or a polymer having a hydrogen atom directly bonded to a Si atom,
It is known that it has a reducing property and forms a metal colloid from a metal salt.

【0011】本発明において、燃料電池の触媒機能性発
現のためには、高度に分散した白金コロイドが必要であ
る。そこで、本発明者は、上述したケイ素系高分子化合
物を用いることにより、ポリビニルアルコールのような
保護コロイドや、ソディウムボロハイドライドや水素の
ような還元剤を全く作用させることなく、高温でも安定
に白金コロイドの分散した高分子でコートした炭素担体
が得られることを見出した。
In the present invention, a highly dispersed platinum colloid is required for manifesting the catalytic function of the fuel cell. Therefore, the present inventor has proposed that by using the above-mentioned silicon-based polymer compound, platinum does not act on protective colloids such as polyvinyl alcohol or reducing agents such as sodium borohydride or hydrogen at all and can stably form platinum at high temperatures. It has been found that a carbon carrier coated with a polymer in which a colloid is dispersed can be obtained.

【0012】つまり、金属塩の中で特に白金系遷移金属
塩を還元性ケイ素系高分子化合物と接触させると、ケイ
素系高分子化合物は、白金系遷移金属塩の還元とそのコ
ロイドの安定化という2つの仕事を同時に行うことがで
きるため、工程も制御も簡単となることを知見した。更
に、還元性ケイ素系高分子化合物としてポリシランを用
いると、ポリシランと白金系遷移金属塩が反応した時、
白金塩が白金コロイドに還元されると同時にポリシラン
はポリシロキサンに酸化されて微細なコロイド状態のま
ま白金を保持し、触媒電極にするために最終工程で焼成
したときでも白金を安定に保持することができるため、
長期耐久性のある燃料電池用電極材料とすることができ
ることを知見し、本発明をなすに至ったものである。
That is, when a platinum-based transition metal salt among metal salts is brought into contact with a reducing silicon-based polymer compound, the silicon-based polymer compound reduces the platinum-based transition metal salt and stabilizes its colloid. It has been found that since two tasks can be performed at the same time, the process and the control are simplified. Furthermore, when polysilane is used as the reducing silicon-based polymer compound, when polysilane and a platinum-based transition metal salt react,
At the same time that the platinum salt is reduced to platinum colloid, the polysilane is oxidized to polysiloxane and retains platinum in a fine colloidal state. Can be
The present inventors have found that a fuel cell electrode material having long-term durability can be obtained, and have accomplished the present invention.

【0013】従って、本発明は、ケイ素系高分子化合物
により安定的に分散した白金系遷移金属微粒子を担持し
たカーボン粉体からなる燃料電池用触媒、及び、還元性
を有するケイ素系高分子化合物で表面をコートしたカー
ボン粉体と白金系遷移金属の塩とを接触させることから
なる、ケイ素系高分子化合物により安定的に分散した白
金系遷移金属微粒子を担持したカーボン粉体からなる燃
料電池用触媒の製造方法、並びに上記触媒の焼成物を含
有する燃料用電池電極を提供する。
Accordingly, the present invention provides a fuel cell catalyst comprising a carbon powder carrying platinum-based transition metal fine particles stably dispersed in a silicon-based polymer compound, and a reducing silicon-based polymer compound. A catalyst for a fuel cell comprising a carbon powder carrying platinum-based transition metal particles stably dispersed by a silicon-based polymer compound, comprising contacting a surface-coated carbon powder with a platinum-based transition metal salt. And a fuel cell electrode containing a calcined product of the above catalyst.

【0014】以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明で使用するカーボン粉体としては、球状のカーボ
ンブラック、鱗片状のグラファイト、繊維状の炭素繊
維、中空状の炭素バルンなどが利用できる。カーボンブ
ラックとしては、粒子径、比表面積、DBP吸油量など
で特徴づけられる多くの品種が利用でき、例えばケッチ
ェンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラッ
ク、バルカン、SRFカーボン、活性炭などが挙げられ
る。また、炭素繊維としては、等方性ピッチ系、液晶ピ
ッチ系とPAN系に大別されるいずれのものも使用で
き、クレカ(呉羽化学)、ドナカーボ(ドナック)、ザ
イラス(日東紡)、フォルカ(東燃)の名称で市販され
ているものなどを挙げることができる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
As the carbon powder used in the present invention, spherical carbon black, flaky graphite, fibrous carbon fiber, hollow carbon balun and the like can be used. As the carbon black, many varieties characterized by particle diameter, specific surface area, DBP oil absorption and the like can be used, and examples thereof include Ketjen black, furnace black, acetylene black, Vulcan, SRF carbon, and activated carbon. As the carbon fiber, any of carbon fibers roughly classified into an isotropic pitch type, a liquid crystal pitch type, and a PAN type can be used. And those marketed under the name of Tonen).

【0015】本発明の製造方法においては、還元性を有
するケイ素系高分子化合物で処理し、上記カーボン粉体
の最表面に還元性ケイ素系高分子化合物の層を形成す
る。
In the production method of the present invention, the carbon powder is treated with a reducing silicon-based polymer compound to form a layer of the reducing silicon-based polymer compound on the outermost surface of the carbon powder.

【0016】この場合、上記粉体を処理するケイ素系高
分子化合物としては、還元作用を有するものを使用す
る。還元作用を持つケイ素系高分子化合物は、Si−S
i結合あるいはSi−H結合を有するポリシラン、ポリ
カルボシラン、ポリシロキサン、ポリシラザンの中から
選ばれるものとすることができ、中でもポリシラン、あ
るいはSi原子に直接結合した水素原子を有するポリシ
ロキサンが好適に用いられる。
In this case, as the silicon-based polymer compound for treating the powder, a compound having a reducing action is used. Silicon-based polymer compounds having a reducing action include Si-S
Polysilane having i-bond or Si-H bond, polycarbosilane, polysiloxane, and polysilazane can be selected. Among them, polysilane or polysiloxane having a hydrogen atom directly bonded to Si atom is preferable. Used.

【0017】ここで、分子中にSi−Si結合を有する
ケイ素系高分子化合物としては、ポリシランが好ましく
用いられ、下記一般式(1)で表されるポリシランが好
適である。 (R1 m2 npSi)q (1) (式中、R1,R2は水素原子又は置換もしくは非置換の
一価炭化水素基、XはR 1、アルコキシ基、ハロゲン原
子、酸素原子又は窒素原子を示し、mは0.1≦m≦
2、nは0≦n≦1、pは0≦p≦0.5であり、かつ
1≦m+n+p≦2.5を満足する数である。qは4≦
q≦100,000を満足する整数である。)
Here, the molecule has a Si—Si bond.
As the silicon-based polymer compound, polysilane is preferable.
The polysilane represented by the following general formula (1) is preferably used.
Suitable. (R1 mRTwo nXpSi)q (1) (where R1, RTwoIs a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted
A monovalent hydrocarbon group, X is R 1, Alkoxy group, halogen source
Represents an atom, an oxygen atom or a nitrogen atom, and m is 0.1 ≦ m ≦
2, n is 0 ≦ n ≦ 1, p is 0 ≦ p ≦ 0.5, and
It is a number that satisfies 1 ≦ m + n + p ≦ 2.5. q is 4 ≦
It is an integer satisfying q ≦ 100,000. )

【0018】上記式(1)のポリシランにおいて、
1,R2は、水素原子又は置換もしくは非置換の一価炭
化水素基であり、R1とR2とは互いに同一であっても異
なっていてもよいが、上記一価炭化水素基としては、脂
肪族、脂環式又は芳香族炭化水素基が用いられる。脂肪
族又は脂環式炭化水素の場合、炭素数1〜12、好まし
くは1〜6であり、例えばメチル基、エチル基、プロピ
ル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペン
チル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。また、芳香
族炭化水素基としては炭素数6〜14,より好ましくは
6〜10のものが好適であり、例えばフェニル基、トリ
ル基、キシリル基、ナフチル基、ベンジル基、フェネチ
ル基等が挙げられる。なお、置換炭化水素基としては、
上記に例示した非置換の炭化水素基の水素原子の一部又
は全部をハロゲン原子、アルコキシ基、アミノ基、アミ
ノアルキル基などで置換したもの、例えばモノフルオロ
メチル基、トリフルオロメチル基、m−ジメチルアミノ
フェニル基等が挙げられる。Xは、Rと同様の基、ア
ルコキシ基、ハロゲン原子であり、アルコキシ基として
はメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基等の炭素
数1〜4のもの、ハロゲン原子としては、フッ素原子、
塩素原子、臭素原子等が挙げられ、通常メトキシ基、エ
トキシ基が用いられる。
In the polysilane of the above formula (1),
R 1 and R 2 are a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, and R 1 and R 2 may be the same or different from each other; Is an aliphatic, alicyclic or aromatic hydrocarbon group. In the case of an aliphatic or alicyclic hydrocarbon, it has 1 to 12, preferably 1 to 6 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group. Is mentioned. The aromatic hydrocarbon group preferably has 6 to 14, more preferably 6 to 10 carbon atoms, and examples thereof include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a naphthyl group, a benzyl group, and a phenethyl group. . In addition, as the substituted hydrocarbon group,
Examples of the unsubstituted hydrocarbon groups exemplified above in which part or all of the hydrogen atoms have been substituted with halogen atoms, alkoxy groups, amino groups, aminoalkyl groups, etc., for example, monofluoromethyl groups, trifluoromethyl groups, m- And a dimethylaminophenyl group. X is the same group as R 1 , an alkoxy group, a halogen atom, an alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms such as a methoxy group, an ethoxy group, an isopropoxy group, a halogen atom is a fluorine atom,
Examples thereof include a chlorine atom and a bromine atom. Usually, a methoxy group and an ethoxy group are used.

【0019】mは0.1≦m≦2、特に0.5≦m≦
1、nは0≦n≦1、特に0.5≦n≦1、pは0≦p
≦0.5、特に0≦p≦0.2であり、かつ1≦m+n
+p≦2.5、特に1.5≦m+n+p≦2を満足する
数であり、qは4≦q≦100,000、特に10≦q
≦10,000の範囲の整数である。
M is 0.1 ≦ m ≦ 2, especially 0.5 ≦ m ≦
1, n is 0 ≦ n ≦ 1, especially 0.5 ≦ n ≦ 1, and p is 0 ≦ p
≦ 0.5, especially 0 ≦ p ≦ 0.2 and 1 ≦ m + n
+ P ≦ 2.5, especially 1.5 ≦ m + n + p ≦ 2, and q is 4 ≦ q ≦ 100,000, especially 10 ≦ q
It is an integer in the range of ≦ 10,000.

【0020】また、ケイ素原子に直接結合した水素原子
(Si−H基)を有するケイ素系高分子化合物として
は、側鎖にSi−H基、主鎖にSi−O−Si結合を持
つ下記一般式(2)で表されるポリシロキサンが好適に
用いられる。 (R3 a4 bcSiOde (2) (式中、R3,R4は水素原子、置換もしくは非置換の一
価炭化水素基、アルコキシ基又はハロゲン原子を示し、
aは0.1≦a≦2、bは0≦b≦1、cは0.01≦
c≦1、dは0.5≦d≦1.95であり、かつ2≦a
+b+c+d≦3.5を満足する数である。eは2≦e
≦100,000を満足する整数である。)
The silicon-based polymer compound having a hydrogen atom (Si-H group) directly bonded to a silicon atom includes the following general compounds having a Si-H group in a side chain and a Si-O-Si bond in a main chain. The polysiloxane represented by the formula (2) is preferably used. (R 3 a R 4 b Hc SiO d ) e (2) (wherein, R 3 and R 4 represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, an alkoxy group or a halogen atom,
a is 0.1 ≦ a ≦ 2, b is 0 ≦ b ≦ 1, and c is 0.01 ≦
c ≦ 1, d is 0.5 ≦ d ≦ 1.95, and 2 ≦ a
+ B + c + d ≦ 3.5. e is 2 ≦ e
It is an integer satisfying ≦ 100,000. )

【0021】上記式(2)のポリシロキサンにおいて、
3,R4は、水素原子又は置換もしくは非置換の一価炭
化水素基であり、R3とR4と互いに同一であっても異な
っていてもよいが、上記一価炭化水素基としては、脂肪
族、脂環式又は芳香族炭化水素基が用いられる。脂肪族
又は脂環式炭化水素の場合、炭素数1〜12、好ましく
は1〜6であり、例えばメチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペンチ
ル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。また、芳香族
炭化水素基としては、炭素数6〜14、より好ましくは
6〜10のものが好適であり、例えばフェニル基、トリ
ル基、キシリル基、ナフチル基、ベンジル基、フェネチ
ル基等が挙げられる。なお、置換炭化水素基としては、
上記に例示した非置換の炭化水素基の水素原子の一部又
は全部をハロゲン原子、アルコキシ基、アミノ基、アミ
ノアルキル基などで置換したもの、例えばモノフルオロ
メチル基、トリフルオロメチル基、m−ジメチルアミノ
フェニル基等が挙げられる。アルコキシ基としては、メ
トキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基等の炭素数1
〜4のもの、ハロゲン原子としてはフッ素原子、塩素原
子、臭素原子等が挙げられる。
In the polysiloxane of the above formula (2),
R 3 and R 4 are a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, and may be the same or different from R 3 and R 4. And an aliphatic, alicyclic or aromatic hydrocarbon group. In the case of an aliphatic or alicyclic hydrocarbon, it has 1 to 12, preferably 1 to 6 carbon atoms, such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group. Is mentioned. The aromatic hydrocarbon group preferably has 6 to 14 carbon atoms, more preferably 6 to 10 carbon atoms, such as phenyl, tolyl, xylyl, naphthyl, benzyl and phenethyl. Can be In addition, as the substituted hydrocarbon group,
Examples of the unsubstituted hydrocarbon groups exemplified above in which part or all of the hydrogen atoms have been substituted with halogen atoms, alkoxy groups, amino groups, aminoalkyl groups, etc., for example, monofluoromethyl groups, trifluoromethyl groups, m- And a dimethylaminophenyl group. Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, and an isopropoxy group.
To 4, and the halogen atom includes a fluorine atom, a chlorine atom, and a bromine atom.

【0022】aは0.1≦a≦2、特に0.5≦a≦
1、bは0≦b≦1、特に0.5≦b≦1、cは0.0
1≦c≦1、特に0.1≦c≦1、dは0.5≦d≦
1.95、特に1≦d≦1.5であり、かつ2≦a+b
+c+d≦3.5、好ましくは2≦a+b+c+d≦
3.2を満足する数である。eは2≦e≦100,00
0、好ましくは10≦e≦10,000の範囲の整数で
ある。
A is 0.1 ≦ a ≦ 2, especially 0.5 ≦ a ≦
1, b is 0 ≦ b ≦ 1, especially 0.5 ≦ b ≦ 1, and c is 0.0
1 ≦ c ≦ 1, especially 0.1 ≦ c ≦ 1, d is 0.5 ≦ d ≦
1.95, especially 1 ≦ d ≦ 1.5 and 2 ≦ a + b
+ C + d ≦ 3.5, preferably 2 ≦ a + b + c + d ≦
It is a number that satisfies 3.2. e is 2 ≦ e ≦ 100,00
0, preferably an integer in the range of 10 ≦ e ≦ 10,000.

【0023】本発明において、上記粉体をケイ素系高分
子化合物で処理し、粉体表面に該ケイ素系高分子化合物
の層を形成させる工程は、ケイ素系高分子化合物を有機
溶剤に溶解させ、この溶液中に粉体を、あるいは粉体中
に溶液を投入混合した後に有機溶剤を除くことで、粉体
の表面にケイ素系高分子化合物の層を形成することがで
きる。
In the present invention, the step of treating the powder with a silicon-based polymer compound to form a layer of the silicon-based polymer compound on the powder surface includes dissolving the silicon-based polymer compound in an organic solvent, By adding the powder into the solution or by mixing the solution into the powder and then removing the organic solvent, a layer of the silicon-based polymer compound can be formed on the surface of the powder.

【0024】この工程において、ケイ素系高分子化合物
を溶解させる有機溶剤としては、例えばベンゼン、トル
エン、キシレンなどの芳香族系炭化水素、ヘキサン、オ
クタン、シクロヘキサンのような脂肪族系炭化水素溶
剤、テトラヒドロフラン、ジブチルエーテルなどのエー
テル系溶剤、酢酸エチルのようなエステル類、ジメチル
ホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホ
スホリックトリアミドのような非プロトン性極性溶媒、
その他、ニトロメタン、アセトニトリル等が好適に用い
られる。
In this step, examples of the organic solvent in which the silicon-based polymer compound is dissolved include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, aliphatic hydrocarbon solvents such as hexane, octane and cyclohexane, and tetrahydrofuran. , Ether solvents such as dibutyl ether, esters such as ethyl acetate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, aprotic polar solvents such as hexamethylphosphoric triamide,
In addition, nitromethane, acetonitrile and the like are preferably used.

【0025】ケイ素系高分子化合物含有溶液の濃度は、
0.01〜50%(重量%、以下同様)、好ましくは
0.1〜30%、特に0.1〜10%が好適であり、濃
度が低すぎると、ケイ素系高分子化合物層が薄くなり粉
体表面に均一に形成しにくく、また大量の溶剤を使用す
るのでコストの上昇を招く場合がある。また、濃度が高
すぎると、ケイ素系高分子化合物層が厚くなり粉体の凝
集を引き起こしやすくなるおそれがある。
The concentration of the silicon-based polymer compound-containing solution is as follows:
0.01 to 50% (wt%, the same applies hereinafter), preferably 0.1 to 30%, particularly 0.1 to 10% is suitable. When the concentration is too low, the silicon-based polymer compound layer becomes thin. In some cases, it is difficult to form the powder uniformly on the surface of the powder, and the use of a large amount of solvent may increase the cost. On the other hand, if the concentration is too high, the silicon-based polymer compound layer becomes thick and may easily cause agglomeration of the powder.

【0026】次いで、温度を上げたり、減圧にすること
により、溶媒を留去させる。通常は、溶媒の沸点以上の
温度で、例えば1〜100mmHgという減圧下で40
〜200℃程度の温度に撹拌すると効果的である。この
後、しばらく乾燥雰囲気下であるいは減圧下で40〜2
00℃程度の温度で静置することで、溶剤を効果的に留
去乾燥することにより、ケイ素系高分子化合物処理粉体
を製造できる。
Next, the solvent is distilled off by raising the temperature or reducing the pressure. Usually, at a temperature equal to or higher than the boiling point of the solvent, for example, under reduced pressure of 1 to 100 mmHg,
It is effective to stir at a temperature of about 200 ° C. Then, for a while under a dry atmosphere or under reduced pressure, 40 to 2
By leaving the mixture at a temperature of about 00 ° C., the solvent is effectively distilled off and dried, whereby a silicon-based polymer compound-treated powder can be produced.

【0027】ケイ素系高分子化合物層の厚さは、0.0
01〜1.0μm、望ましくは0.01〜0.1μmが
好適である。0.001μmより薄いと、ケイ素系高分
子化合物層を粉体表面に均一に形成しにくくなる。ま
た、1.0μmより厚いと、ケイ素系高分子化合物層が
厚くなり粉体の凝集を引き起こしやすくなり、更にケイ
素系高分子化合物の量が多くなって高価となり、経済的
に不利が生じる場合がある。
The thickness of the silicon-based polymer compound layer is 0.0
The thickness is preferably from 01 to 1.0 μm, and more preferably from 0.01 to 0.1 μm. When the thickness is less than 0.001 μm, it is difficult to form a silicon-based polymer compound layer uniformly on the powder surface. On the other hand, if the thickness is more than 1.0 μm, the silicon-based polymer compound layer becomes thicker, which tends to cause agglomeration of the powder, and the amount of the silicon-based polymer compound increases, which becomes expensive and may be disadvantageous economically. is there.

【0028】次に、得られたカーボン粉体表面にケイ素
系高分子化合物層が形成された粉体を白金系遷移金属か
らなる金属塩を含む溶液で処理し、ケイ素系高分子化合
物層上に該金属コロイドを析出させる工程を行う。これ
は、ケイ素系高分子化合物処理粉体の表面を金属塩を含
む溶液と接触させるもので、この処理では、ケイ素系高
分子化合物の還元作用により、金属コロイドがケイ素系
高分子化合物の被膜表面に形成され、金属被膜が形成さ
れるものである。
Next, the powder obtained by forming a silicon-based polymer compound layer on the surface of the obtained carbon powder is treated with a solution containing a metal salt composed of a platinum-based transition metal. A step of precipitating the metal colloid is performed. In this treatment, the surface of the silicon-based polymer compound-treated powder is brought into contact with a solution containing a metal salt. And a metal film is formed.

【0029】本発明で使用する白金系遷移金属として
は、白金、Ir、Pd、Rhの一種又はそれらの混合物
が好ましく、これらの中でも、特に白金が好適である。
As the platinum-based transition metal used in the present invention, one of platinum, Ir, Pd, and Rh or a mixture thereof is preferable, and among these, platinum is particularly preferable.

【0030】白金塩としては、Pt2+、Pt3+、又はP
4+を含んでなるもので、PtX2、PtX3、Pt
4、[PtA6]X2、MI 2[PtX4]、MI 2[PtX
22]、MI[PtX3Y]、MI[PtX22]、MI 2
[PtX6](X,Yは、いずれもF-、Cl-、Br-
-、OH-、CN-、NO3 -、N3 -、CH3COO-、S
CN、アセチルアセトナート、1/2SO4 2-、1/2
CO3 2-等の陰イオンであり、MIは、K、Naあるいは
H等の一価の陽イオンであり、Aは、NH3又はアミン
類である。)などの形で表すことができる。具体的に
は、PtCl2、PtBr2、PtI2、Pt(CN)2
Pt(SCN)2、PtCl3、PtBr3、PtI3、P
tF4、PtCl4、PtBr4、PtI4、K2[PtC
2(acac)2]、H2PtCl6などが例示される。
Pt 2+ , Pt 3+ , or Pt 2+
t4 + , PtX 2 , PtX 3 , Pt
X 4, [PtA 6] X 2, M I 2 [PtX 4], M I 2 [PtX
2 Y 2], M I [ PtX 3 Y], M I [PtX 2 Y 2], M I 2
[PtX 6 ] (X and Y are each F , Cl , Br ,
I -, OH -, CN - , NO 3 -, N 3 -, CH 3 COO -, S
CN, acetylacetonate, 1 / 2SO 4 2- , 1/2
An anion such as CO 3 2- , M I is a monovalent cation such as K, Na or H, and A is NH 3 or amines. ). Specifically, PtCl 2 , PtBr 2 , PtI 2 , Pt (CN) 2 ,
Pt (SCN) 2 , PtCl 3 , PtBr 3 , PtI 3 , P
tF 4 , PtCl 4 , PtBr 4 , PtI 4 , K 2 [PtC
l 2 (acac) 2 ], H 2 PtCl 6 and the like.

【0031】イリジウム塩としては、Ir+、Ir2+
Ir3 +又はIr4 +を含んでなるもので、IrX、IrX
2、IrX3、IrX4、[IrX6]MI 3、MI[Ir
4](Xは、Cl、Br等のハロゲン、SO4などの陰
イオンであり、MIは、K、Na、Rb、Csあるいは
H等の一価の陽イオンである。)などの形で表すことが
できる。具体的には、KIr(SO42、RbIr(S
42、CsIr(SO42等が例示される。
The iridium salts include Ir + , Ir 2+ ,
IrX, IrX comprising Ir 3 + or Ir 4 +
2 , IrX 3 , IrX 4 , [IrX 6 ] M I 3 , M I [Ir
X 4] (X is, Cl, an anion of halogen, such as SO 4 Br, etc., M I is, K, Na, Rb, is a monovalent cation such as Cs or H.) Forms, such as Can be represented by Specifically, KIr (SO 4 ) 2 , RbIr (S
O 4 ) 2 , CsIr (SO 4 ) 2 and the like.

【0032】パラジウム塩としては、Pd2+を含んでな
るもので、通常Pd−Z2の形で表すことができる。Z
は、Cl、Br、I等のハロゲン、アセテート、トリフ
ルオロアセテート、アセチルアセトネート、カーボネー
ト、パークロレート、ナイトレート、スルフェート、オ
キサイド等の塩である。具体的には、PdCl2、Pd
Br2、PdI2、Pd(OCOCH32、Pd(OCO
CF32、PdSO4、Pd(NO32、PdO等が例
示される。
The palladium salt contains Pd 2+ and can usually be represented in the form of Pd-Z 2 . Z
Is a salt such as halogen such as Cl, Br, I, etc., acetate, trifluoroacetate, acetylacetonate, carbonate, perchlorate, nitrate, sulfate, oxide and the like. Specifically, PdCl 2 , Pd
Br 2 , PdI 2 , Pd (OCOCH 3 ) 2 , Pd (OCO
CF 3 ) 2 , PdSO 4 , Pd (NO 3 ) 2 , PdO and the like.

【0033】ロジウム塩としては、Rh3 +を含んでなる
もので、RhX3、Rh26、[RhA6]X3、M
I 3[RhX6]、MI[RhX4](Xは、F、Cl等の
ハロゲン、CN、SO4などの陰イオンであり、MIは、
K、NaあるいはH等の一価陽イオンであり、Aは、N
3又はアミン類である。)などの形で表すことができ
る。具体的には、Rh2(SO43、Rh(NO33
RhCl3、RhF3、RhCN3、KRh(SO42
NaRh(SO42、HRh(SO42等が例示され
る。
The rhodium salt contains Rh 3 +, and includes RhX 3 , Rh 2 X 6 , [RhA 6 ] X 3 , M
I 3 [RhX 6 ], M I [RhX 4 ] (X is a halogen such as F or Cl, an anion such as CN or SO 4 , and M I is
A is a monovalent cation such as K, Na or H, and A is N
H 3 or amines. ). Specifically, Rh 2 (SO 4 ) 3 , Rh (NO 3 ) 3 ,
RhCl 3 , RhF 3 , RhCN 3 , KRh (SO 4 ) 2 ,
Examples include NaRh (SO 4 ) 2 and HRh (SO 4 ) 2 .

【0034】粉体を白金系遷移金属塩溶液で処理する方
法としては、ケイ素系高分子化合物を溶解せず、かつ白
金系遷移金属塩を溶解又は分散させることができる溶剤
を用いて白金系遷移金属塩を含む溶液を調製し、この溶
液にケイ素系高分子化合物膜で被覆された粉体を投入し
て白金系遷移金属塩と接触させる溶液法が好適である。
このように処理することにより、ケイ素系高分子化合物
で被覆された粉体のケイ素系高分子化合物被膜表面に白
金系遷移金属塩が吸着されると同時に還元されたコロイ
ドとして担持された金属被覆粉体が形成される。
As a method of treating the powder with a platinum-based transition metal salt solution, a platinum-based transition metal salt is dissolved using a solvent which does not dissolve the silicon-based polymer compound and can dissolve or disperse the platinum-based transition metal salt. A solution method in which a solution containing a metal salt is prepared, and a powder coated with a silicon-based polymer compound film is charged into the solution and brought into contact with a platinum-based transition metal salt is preferred.
By such treatment, the platinum-based transition metal salt is adsorbed on the surface of the silicon-based polymer compound film of the powder coated with the silicon-based polymer compound, and at the same time, the metal-coated powder supported as a reduced colloid. A body is formed.

【0035】ここで、ケイ素系高分子化合物を溶解せ
ず、かつ金属塩を溶解又は分散させることができる溶剤
としては、側鎖基の種類により溶解性が異なるため一概
には言えないが、水やアセトン、メチルエチルケトンの
ようなケトン類、酢酸エチルのようなエステル類、メタ
ノール、エタノールのようなアルコール類、ジメチルホ
ルムアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホス
ホリックアミドのような非プロトン性極性溶媒、その
他、ニトロメタン、アセトニトリル等が挙げられる。特
に、フェニルメチルポリシランの場合、水や水を混合し
たアルコールやケトンのような親水性有機溶剤が好適に
用いうる。
As the solvent which does not dissolve the silicon-based polymer compound and can dissolve or disperse the metal salt, it cannot be said unconditionally because the solubility differs depending on the type of the side chain group. And acetone, ketones such as methyl ethyl ketone, esters such as ethyl acetate, alcohols such as methanol and ethanol, aprotic polar solvents such as dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric amide, and nitromethane , Acetonitrile and the like. In particular, in the case of phenylmethylpolysilane, a hydrophilic organic solvent such as water or an alcohol or ketone mixed with water can be suitably used.

【0036】金属塩の濃度は、塩を溶解させる溶剤によ
って異なるが、0.01%〜塩の飽和溶液までが用られ
る。0.01%未満では、メッキ触媒となる金属コロイ
ドの量が十分でなく、また飽和溶液を超えると、固体塩
の析出があり好ましくない。溶剤が水の場合、0.01
〜20%、より好ましくは0.1〜5%がよく用いられ
る。
The concentration of the metal salt varies depending on the solvent in which the salt is dissolved, but may be from 0.01% to a saturated solution of the salt. If it is less than 0.01%, the amount of metal colloid serving as a plating catalyst is not sufficient, and if it exceeds a saturated solution, solid salts are precipitated, which is not preferable. 0.01 when the solvent is water
-20%, more preferably 0.1-5% is often used.

【0037】上記ケイ素系高分子化合物処理粉体を、室
温から70℃の温度で、0.1〜120分、より好まし
くは1〜15分程度、金属塩溶液に浸漬すればよい。こ
れによりカーボン粉体上のケイ素系高分子化合物表面に
金属コロイドが析出した粉体が製造できる。
The silicon-based polymer compound-treated powder may be immersed in a metal salt solution at a temperature from room temperature to 70 ° C. for 0.1 to 120 minutes, more preferably about 1 to 15 minutes. Thus, a powder in which a metal colloid is deposited on the surface of the silicon-based polymer compound on the carbon powder can be produced.

【0038】上記金属塩を含む溶液の処理は、界面活性
剤の存在下又は非存在下に行うものであるが、特に界面
活性剤の存在下に行うことが望ましい。即ち、粉体は、
ケイ素系高分子化合物処理により疎水性となっている。
このため、金属塩を溶解させた溶液との親和性が低下
し、溶液中に分散しないため、金属コロイド生成反応の
効率が低下していることがある。この場合は、界面活性
剤を添加して向上させるのがよく、これにより、ケイ素
系高分子化合物処理粉体を金属塩を含む溶液に短時間に
分散させることができる。
The treatment of the solution containing the metal salt is carried out in the presence or absence of a surfactant, but is particularly preferably carried out in the presence of a surfactant. That is, the powder is
It is made hydrophobic by treatment with a silicon-based polymer compound.
For this reason, the affinity with the solution in which the metal salt is dissolved is reduced, and the metal salt is not dispersed in the solution, so that the efficiency of the metal colloid formation reaction may be reduced. In this case, it is preferable to add a surfactant to improve the viscosity, and thereby the silicon-based polymer compound-treated powder can be dispersed in a solution containing a metal salt in a short time.

【0039】ここで、界面活性剤としては、発泡を起こ
さず、表面張力のみを下げるものが望ましく、サーフィ
ノール104,420,504(日信化学工業(株)
製)等の非イオン性界面活性剤を好適に用いることがで
きる。
As the surfactant, those which do not cause foaming and lower only the surface tension are desirable. Surfynol 104, 420, 504 (Nissin Chemical Industry Co., Ltd.)
Non-ionic surfactants such as those manufactured by Toshiba Corporation can be suitably used.

【0040】界面活性剤を添加する場合、界面活性剤の
添加量は、界面活性剤溶液又は界面活性剤を含む金属塩
溶液に上記ケイ素系高分子化合物被覆粉体が均一に分散
する量であることがよく、金属塩溶液100重量部に対
して0.0001〜10重量部、特に0.001〜1重
量部、とりわけ0.01〜0.5重量部の範囲で使用す
るのが望ましい。界面活性剤の添加量が少なすぎると効
果が乏しい場合がある。
When a surfactant is added, the amount of the surfactant is such that the silicon-based polymer compound-coated powder is uniformly dispersed in the surfactant solution or the metal salt solution containing the surfactant. It is preferable to use 0.0001 to 10 parts by weight, preferably 0.001 to 1 part by weight, particularly 0.01 to 0.5 part by weight based on 100 parts by weight of the metal salt solution. If the amount of the surfactant is too small, the effect may be poor.

【0041】処理方法としては、先ずケイ素系高分子化
合物処理粉体を、界面活性剤あるいは水により希釈した
界面活性剤と接触させ、撹拌して分散させ、次いで金属
塩を含む溶液と接触させることが好ましく、これにより
ケイ素系高分子化合物の還元作用により金属コロイドを
この膜表面に形成させる反応を速やかに進めることがで
きる。また必要に応じて50〜60℃の温度で熱処理を
することにより、ケイ素系高分子化合物膜表面での金属
塩の吸着及び金属塩から金属コロイドの生成が促進され
る。
As a treatment method, first, a silicon-based polymer compound-treated powder is brought into contact with a surfactant or a surfactant diluted with water, stirred and dispersed, and then brought into contact with a solution containing a metal salt. Thus, the reaction of forming a metal colloid on the surface of the film by the reducing action of the silicon-based polymer compound can be promptly advanced. Further, if necessary, heat treatment at a temperature of 50 to 60 ° C. promotes adsorption of a metal salt on the surface of the silicon-based polymer compound film and formation of a metal colloid from the metal salt.

【0042】界面活性剤を使用しない場合は、ケイ素系
高分子化合物処理粉体を溶剤と接触させ、十分に撹拌し
て分散させることが好ましい。
When the surfactant is not used, it is preferable that the silicon-based polymer compound-treated powder is brought into contact with a solvent and sufficiently stirred to be dispersed.

【0043】こうした処理の後は、金属塩を含まない上
記と同様の溶剤で処理し、還元されず、粉体にただ吸着
されただけの金属塩を除き、最後にこの粉体から不要な
溶剤を除去することで金属コロイド被覆粉体を得ること
ができる。
After such treatment, the powder is treated with the same solvent containing no metal salt as described above to remove the metal salt which has not been reduced and is merely adsorbed on the powder. By removing, a metal colloid-coated powder can be obtained.

【0044】上記ケイ素系高分子化合物処理粉体を、室
温から70℃の温度で、0.1〜120分、より好まし
くは1〜15分程度、金属塩溶液に浸漬すればよい。こ
れによりケイ素系高分子化合物表面に金属コロイドが析
出した粉体が製造できる。
The silicon-based polymer compound-treated powder may be immersed in a metal salt solution at a temperature from room temperature to 70 ° C. for 0.1 to 120 minutes, more preferably about 1 to 15 minutes. As a result, a powder in which a metal colloid is deposited on the surface of the silicon-based polymer compound can be produced.

【0045】その後、必要に応じて加熱することで、ケ
イ素系高分子化合物表面の白金系遷移金属塩から金属コ
ロイドの生成を促進し、良好に白金系遷移金属を分散し
た高分子でコートした粉体を得ることができる。加熱条
件としては、通常室温〜150℃で、1分〜10時間、
常圧又は減圧で行うことが好ましい。
Thereafter, by heating, if necessary, the formation of metal colloid from the platinum-based transition metal salt on the surface of the silicon-based polymer compound is promoted, and the powder coated with the polymer in which the platinum-based transition metal is dispersed well. You can get the body. The heating conditions are usually room temperature to 150 ° C. for 1 minute to 10 hours,
It is preferable to carry out at normal pressure or reduced pressure.

【0046】なお、燃料電池用触媒として用いるケイ素
系高分子化合物処理粉体の白金系遷移金属担持量は、一
般に1〜50%であり、電極の価格と性能の関係から、
3〜25%が望ましい。
The amount of the platinum-based transition metal carried by the silicon-based polymer compound-treated powder used as a fuel cell catalyst is generally 1 to 50%.
3 to 25% is desirable.

【0047】その後、常法に従い、該燃料電池用触媒を
テフロン(登録商標)ディスパージョンのような撥水剤
やアルコール、界面活性剤等の混和剤と混和し、カーボ
ンペーパーのような導電性多孔質基材に塗布成形し、最
後に得られた成形体を焼成して燃料電池用電極を製造す
ることができる。
Thereafter, the fuel cell catalyst is mixed with a water-repellent agent such as Teflon (registered trademark) or an admixture such as alcohol or a surfactant in accordance with a conventional method to form a conductive porous material such as carbon paper. An electrode for a fuel cell can be manufactured by coating and molding on a porous substrate and finally firing the obtained molded body.

【0048】焼成は、酸化ガス、アルゴン−水素、アン
モニア等の還元ガス又はアルゴン、ヘリウム、窒素など
の不活性ガスの雰囲気下で行うことができる。熱処理温
度は、酸化ガス雰囲気下の場合は、150℃〜350℃
が望ましく、還元ガス又は不活性ガスの雰囲気下の場合
は、150℃〜1000℃が望ましく、特に200℃以
上の温度で熱処理することが好ましい。また処理時間
は、0.5〜8時間、より望ましくは1〜4時間がよ
い。これにより、粉体と金属間にある上記還元性ケイ素
系高分子化合物の一部又は全部がセラミック化すること
でより高い耐熱性と絶縁性と密着性を持つ燃料電池用電
極を好適に製造することができる。
The calcination can be performed in an atmosphere of a reducing gas such as an oxidizing gas, argon-hydrogen, or ammonia, or an inert gas such as argon, helium, or nitrogen. The heat treatment temperature is 150 ° C. to 350 ° C. in the case of an oxidizing gas atmosphere.
In the case of an atmosphere of a reducing gas or an inert gas, the temperature is preferably from 150 ° C. to 1000 ° C., and more preferably the heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C. or higher. The processing time is preferably 0.5 to 8 hours, more preferably 1 to 4 hours. In this manner, a part or all of the reducible silicon-based polymer compound between the powder and the metal is ceramicized to suitably produce a fuel cell electrode having higher heat resistance, insulation and adhesion. be able to.

【0049】[0049]

【実施例】以下、合成例、実施例及び比較例を示し、本
発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制
限されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Synthesis Examples, Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

【0050】[合成例1]ポリシランの製造方法 フェニルハイドロジェンポリシラン(以下PPHSと略
記する)を以下の方法により製造した。アルゴン置換し
たフラスコ内にビス(シクロペンタジエニル)ジクロロ
ジルコニウムのTHF溶液にメチルリチウムのジエチル
エーテル溶液を添加し、30分室温で反応させた後、溶
剤を減圧にて留去することで、系内で触媒を調製した。
これに、フェニルトリヒドロシランを触媒の10,00
0倍モル添加し、100〜150℃で3時間、次いで2
00℃で8時間加熱撹拌を行った。生成物をトルエンに
溶解させ、塩酸水洗を行うことで、触媒を失活除去し
た。このトルエン溶液に硫酸マグネシウムを加えて水分
を除去し、濾過した。これにより、ほぼ定量的に重量平
均分子量1,200、ガラス転移点65℃のPPHSを
得た。
[Synthesis Example 1]Method for producing polysilane  Phenyl hydrogen polysilane (hereinafter abbreviated as PPHS)
Was produced by the following method. Replace with argon
Bis (cyclopentadienyl) dichloro
Diethyl methyllithium in THF solution of zirconium
After adding an ether solution and reacting at room temperature for 30 minutes,
The catalyst was prepared in the system by distilling off the agent under reduced pressure.
To this, phenyltrihydrosilane was added to the catalyst at 10,000
0-fold molar addition, 100-150 ° C. for 3 hours, then 2
The mixture was heated and stirred at 00 ° C. for 8 hours. Product in toluene
Dissolve and wash with hydrochloric acid to deactivate and remove the catalyst.
Was. Magnesium sulfate is added to this toluene solution to remove water.
Was removed and filtered. This makes it almost quantitative
PPHS with an average molecular weight of 1,200 and a glass transition point of 65 ° C
Obtained.

【0051】[実施例1]カーボン粉体のポリシラン処理 カーボン粉体としては、市販のアセチレンブラックを用
いた。PPHS1gをトルエン200gに溶解させ、こ
の溶液をアセチレンブラック100gに加え1時間撹拌
した。ロータリーエバポレーターにて、60℃の温度、
45mmHgの圧力で、トルエンを留去させ乾燥させ
た。1%のポリシラン処理された粉体が得られた。
[Example 1]Polysilane treatment of carbon powder  Use commercially available acetylene black as carbon powder
Was. Dissolve 1 g of PPHS in 200 g of toluene.
Solution to 100 g of acetylene black and stirred for 1 hour
did. At a rotary evaporator, at a temperature of 60 ° C,
At a pressure of 45 mmHg, toluene is distilled off and dried.
Was. A 1% polysilane treated powder was obtained.

【0052】白金コロイド析出粉体の製造 ポリシラン処理粉体は、疎水化され、水に投入すると水
表面に浮くようになる。界面活性剤として、サーフィノ
ール504(日信化学工業(株)製界面活性剤)の0.
5%水溶液200gにこの処理粉体10gを投入し、超
音波を使った撹拌で水中に分散させた。
[0052]Production of platinum colloid deposited powder  The polysilane-treated powder is hydrophobized.
It comes to float on the surface. Surfino as a surfactant
No. 504 (surfactant manufactured by Nissin Chemical Industry Co., Ltd.).
10 g of this treated powder is put into 200 g of a 5% aqueous solution,
It was dispersed in water by stirring using sound waves.

【0053】白金処理は、上記粉体−水分散体210g
に対し2%HPtCl水溶液を50g(塩化白金酸
として1g、白金として0.48g)添加して、30分
撹拌後、ろ過し、水洗した。これらの処理により、粉体
表面は白金コロイドが付着した粉体が得られた。この粉
体はろ過により単離し、水洗乾燥後空気中で250℃で
1時間加熱を行った。
The platinum treatment was carried out using 210 g of the above powder-water dispersion.
Then, 50 g (1 g of chloroplatinic acid, 0.48 g of platinum) of a 2% H 2 PtCl 6 aqueous solution was added thereto, and the mixture was stirred for 30 minutes, filtered, and washed with water. By these treatments, a powder having platinum colloid adhered to the powder surface was obtained. This powder was isolated by filtration, washed with water and dried, and then heated at 250 ° C. for 1 hour in air.

【0054】白金コロイド析出粉体の分析 この触媒を電子顕微鏡により観察したところ、1〜5n
mの白金コロイドが1次粒子の状態で担体上に保持され
ているのが確認され、空気中で250℃で1時間加熱し
ても担体上に均一に分散しているのが確認された。
[0054]Analysis of colloidal platinum powder  When this catalyst was observed with an electron microscope, 1 to 5 n
m colloidal platinum is retained on the carrier in the form of primary particles
And heated in air at 250 ° C for 1 hour.
However, it was confirmed that the particles were uniformly dispersed on the carrier.

【0055】[比較例1]比較のため、ポリシラン処理
を行っていないアセチレンブラック10gを、サーフィ
ノール504の0.5%水溶液200gに投入し、同様
に撹拌し水中に分散させた。
Comparative Example 1 For comparison, 10 g of acetylene black not subjected to polysilane treatment was added to 200 g of a 0.5% aqueous solution of Surfynol 504, and the mixture was similarly stirred and dispersed in water.

【0056】白金処理は、上記粉体−水分散体210g
に対し2%HPtCl水溶液を50g添加して、実
施例1と同一条件で処理した。これらの処理では、白金
コロイドは全く生成せず、粉体表面は白金イオンが付着
した粉体が得られた。この粉体は水洗により白金イオン
が留出し担持させることはできなかった。
The platinum treatment was carried out using 210 g of the above powder-water dispersion.
Then, 50 g of a 2% H 2 PtCl 6 aqueous solution was added thereto, and the mixture was treated under the same conditions as in Example 1. In these treatments, no platinum colloid was generated, and a powder having platinum ions attached to the powder surface was obtained. This powder did not allow platinum ions to be distilled out and supported by washing with water.

【0057】[比較例2]従来の一般的な調整法ポリビ
ニルアルコール2gを、メタノール・水が50/50V
/V%の水溶液400gに投入し、撹拌し溶解させた。
ポリシラン処理を行っていないアセチレンブラック5g
を、このメタノール水溶液400gに投入し、超音波撹
拌し水中に分散させた。
Comparative Example 2 A conventional general preparation method of polyvinyl alcohol (2 g) was prepared by mixing methanol / water with 50 / 50V.
/ V% aqueous solution 400 g, stirred and dissolved.
5 g of acetylene black not treated with polysilane
Was added to 400 g of the methanol aqueous solution, and the mixture was ultrasonically stirred and dispersed in water.

【0058】白金処理は、上記粉体−水分散体405g
に対し2%HPtCl水溶液を50g添加して、7
0℃で還流加熱を行いながら激しく撹拌した。8時間後
ろ過し、水洗した。これらの処理では、白金コロイドが
粉体表面に付着した粉体が得られた。この触媒を電子顕
微鏡により観察したところ、10〜50nmの凝集して
2次粒子となった白金コロイドが担体上に均一に分散し
ているのが確認されたが、空気中で250℃で1時間加
熱したところ、μm以上の大きな塊状で担体上に偏在し
ているのが確認された。
For the platinum treatment, 405 g of the above powder-water dispersion was used.
50 g of a 2% H 2 PtCl 6 aqueous solution was added to
The mixture was vigorously stirred while heating at 0 ° C. under reflux. After 8 hours, the mixture was filtered and washed with water. In these treatments, a powder having platinum colloid adhered to the powder surface was obtained. When this catalyst was observed with an electron microscope, it was confirmed that the platinum colloid aggregated into secondary particles having a size of 10 to 50 nm was uniformly dispersed on the carrier. Upon heating, it was confirmed that the material was unevenly distributed on the carrier in a large lump having a size of μm or more.

【0059】実施例1と比較例2で調製した触媒を1g
量り取り、25V/V%のエタノール水溶液とテフロン
ディスパージョン液を触媒当たり25wt%になるよう
に加え十分混練りしたものを、カーボンペーパー上に塗
布した。室温で一昼夜風乾した後、150℃で2時間乾
燥させ、更に空気中で350℃で2時間焼成して触媒電
極にした。
1 g of the catalyst prepared in Example 1 and Comparative Example 2
The mixture was weighed, and a 25 V / V% aqueous ethanol solution and a Teflon dispersion liquid were added to the catalyst at 25 wt% and sufficiently kneaded, followed by coating on carbon paper. After air-drying at room temperature all day and night, it was dried at 150 ° C. for 2 hours and further calcined at 350 ° C. for 2 hours in air to form a catalyst electrode.

【0060】これらの電極は、標準水素電極に対する酸
素極の単極電位として、190℃のリン酸中でその性能
を評価した。結果を表1に示す。
The performance of these electrodes was evaluated in phosphoric acid at 190 ° C. as the monopolar potential of the oxygen electrode with respect to the standard hydrogen electrode. Table 1 shows the results.

【0061】[0061]

【表1】 [Table 1]

【0062】表1に示すように、比較例2で作製した電
極の性能に比して、本発明の方法によれば、白金は微細
化されて一様に分散しており、熱履歴後もその状態が保
持されるため、電極性能は大きく向上し、その寿命も大
きく改善されることが明らかとなった。
As shown in Table 1, in comparison with the performance of the electrode manufactured in Comparative Example 2, according to the method of the present invention, platinum was finely dispersed and uniformly dispersed, and even after thermal history. Since the state was maintained, it was found that the electrode performance was greatly improved, and the life was greatly improved.

【0063】[0063]

【発明の効果】本発明によれば、簡単かつ迅速なる工程
により、白金系遷移金属の分散したケイ素系高分子でコ
ートしたカーボン粉体を得ることができ、これは高効率
で耐久性に優れる燃料電池用触媒として利用できる触媒
電極として使用することができる。
According to the present invention, a carbon powder coated with a silicon-based polymer in which a platinum-based transition metal is dispersed can be obtained by a simple and rapid process, which has high efficiency and excellent durability. It can be used as a catalyst electrode that can be used as a catalyst for a fuel cell.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ケイ素系高分子化合物により分散した白
金系遷移金属微粒子を担持したカーボン粉体からなる燃
料電池用触媒。
1. A fuel cell catalyst comprising a carbon powder carrying platinum-based transition metal fine particles dispersed by a silicon-based polymer compound.
【請求項2】 白金系遷移金属が、白金、Ir、Pd又
はRhである請求項1記載の触媒。
2. The catalyst according to claim 1, wherein the platinum transition metal is platinum, Ir, Pd or Rh.
【請求項3】 還元性を有するケイ素系高分子化合物
が、Si−Si結合及び/又はSi−H結合を有するポ
リシラン、ポリカルボシラン、ポリシロキサン、ポリシ
ラザンの中から選ばれたものである請求項1又は2記載
の触媒。
3. The silicon polymer compound having a reducing property is selected from polysilane, polycarbosilane, polysiloxane and polysilazane having a Si—Si bond and / or a Si—H bond. 3. The catalyst according to 1 or 2.
【請求項4】 ポリシランが、下記式(1)で表される
ものである請求項3記載の触媒。 (R1 m2 npSi)q (1) (式中、R1,R2は水素原子又は置換もしくは非置換の
一価炭化水素基、XはR 1、アルコキシ基、ハロゲン原
子、酸素原子又は窒素原子を示し、mは0.1≦m≦
2、nは0≦n≦1、pは0≦p≦0.5であり、かつ
0.1≦m+n+p≦2.5を満足する数、qは4≦q
≦100,000を満足する整数である。)
4. The polysilane is represented by the following formula (1).
The catalyst according to claim 3, which is a catalyst. (R1 mRTwo nXpSi)q (1) (where R1, RTwoIs a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted
A monovalent hydrocarbon group, X is R 1, Alkoxy group, halogen source
Represents an atom, an oxygen atom or a nitrogen atom, and m is 0.1 ≦ m ≦
2, n is 0 ≦ n ≦ 1, p is 0 ≦ p ≦ 0.5, and
Number satisfying 0.1 ≦ m + n + p ≦ 2.5, q is 4 ≦ q
It is an integer satisfying ≦ 100,000. )
【請求項5】 ポリシロキサンが、下記式(2)で表さ
れるものである請求項3記載の触媒。 (R3 a4 bcSiOde (1) (式中、R3,R4は水素原子、置換もしくは非置換の一
価炭化水素基、アルコキシ基又はハロゲン原子を示し、
aは0.1≦a≦2、bは0≦b≦1、cは0.01≦
c≦1、dは0.5≦d≦1.95であり、かつ2≦a
+b+c+d≦3.5を満足する数、eは2≦e≦10
0,000を満足する整数である。)
5. The catalyst according to claim 3, wherein the polysiloxane is represented by the following formula (2). (R 3 a R 4 b Hc SiO d ) e (1) (wherein R 3 and R 4 represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, an alkoxy group or a halogen atom,
a is 0.1 ≦ a ≦ 2, b is 0 ≦ b ≦ 1, and c is 0.01 ≦
c ≦ 1, d is 0.5 ≦ d ≦ 1.95, and 2 ≦ a
+ B + c + d ≦ 3.5, e is 2 ≦ e ≦ 10
It is an integer satisfying 0000. )
【請求項6】 還元性を有するケイ素系高分子化合物で
表面をコートしたカーボン粉体と白金系遷移金属の塩と
を接触させることを特徴とする請求項1記載の燃料電池
用触媒の製造方法。
6. The method for producing a catalyst for a fuel cell according to claim 1, wherein the carbon powder whose surface is coated with a silicon-based polymer compound having a reducing property is brought into contact with a salt of a platinum-based transition metal. .
【請求項7】 白金系遷移金属が、白金、Ir、Pd又
はRhである請求項6記載の方法。
7. The method according to claim 6, wherein the platinum-based transition metal is platinum, Ir, Pd or Rh.
【請求項8】 還元性を有するケイ素系高分子化合物
が、Si−Si結合及び/又はSi−H結合を有するポ
リシラン、ポリカルボシラン、ポリシロキサン、ポリシ
ラザンの中から選ばれたものである請求項6又は7記載
の方法。
8. The silicon-based polymer compound having a reducing property is selected from polysilane, polycarbosilane, polysiloxane, and polysilazane having a Si—Si bond and / or a Si—H bond. 8. The method according to 6 or 7.
【請求項9】 ポリシランが、下記式(1)で表される
ものである請求項8記載の方法。 (R1 m2 npSi)q (1) (式中、R1,R2は水素原子又は置換もしくは非置換の
一価炭化水素基、XはR 、アルコキシ基、ハロゲン原
子、酸素原子又は窒素原子を示し、mは0.1≦m≦
2、nは0≦n≦1、pは0≦p≦0.5であり、かつ
0.1≦m+n+p≦2.5を満足する数、qは4≦q
≦100,000を満足する整数である。)
9. The polysilane is represented by the following formula (1).
9. The method of claim 8, wherein the method comprises: (R1 mRTwo nXpSi)q (1) (where R1, RTwoIs a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted
A monovalent hydrocarbon group, X is R 1, Alkoxy group, halogen source
Represents an atom, an oxygen atom or a nitrogen atom, and m is 0.1 ≦ m ≦
2, n is 0 ≦ n ≦ 1, p is 0 ≦ p ≦ 0.5, and
Number satisfying 0.1 ≦ m + n + p ≦ 2.5, q is 4 ≦ q
It is an integer satisfying ≦ 100,000. )
【請求項10】 ポリシロキサンが、下記式(2)で表
されるものである請求項8記載の方法。 (R3 a4 bcSiOde (1) (式中、R3,R4は水素原子、置換もしくは非置換の一
価炭化水素基、アルコキシ基又はハロゲン原子を示し、
aは0.1≦a≦2、bは0≦b≦1、cは0.01≦
c≦1、dは0.5≦d≦1.95であり、かつ2≦a
+b+c+d≦3.5を満足する数、eは2≦e≦10
0,000を満足する整数である。)
10. The method according to claim 8, wherein the polysiloxane is represented by the following formula (2). (R 3 a R 4 b Hc SiO d ) e (1) (wherein R 3 and R 4 represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, an alkoxy group or a halogen atom,
a is 0.1 ≦ a ≦ 2, b is 0 ≦ b ≦ 1, and c is 0.01 ≦
c ≦ 1, d is 0.5 ≦ d ≦ 1.95, and 2 ≦ a
+ B + c + d ≦ 3.5, e is 2 ≦ e ≦ 10
It is an integer satisfying 0000. )
【請求項11】 請求項1乃至5のいずれか1項記載の
触媒の焼成物を含有する燃料電池用電極。
11. An electrode for a fuel cell containing the calcined product of the catalyst according to claim 1. Description:
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