JP2008258150A - Electrode catalyst for fuel cell - Google Patents

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Tatsuhiro Okada
達弘 岡田
Nobuyoshi Koshino
伸能 古志野
Tadashi Matsunaga
忠史 松永
Hideyuki Higashimura
秀之 東村
Masatoshi Iwata
真叔 岩田
Katsuhiro Suenobu
克浩 末信
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Sumitomo Chemical Co Ltd
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Sumitomo Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalyst of high activity which is suitable as an electrode catalyst for fuel cells. <P>SOLUTION: The electrode catalyst for a fuel cell uses multinuclear complex where 5-15 units of ligand comprising one or more kinds of coordinating atoms, selected from among nitrogen atom and oxygen atom in a molecule are coordinated into two to four transition metal atoms characterized as bridged by oxygen atoms of at least one kind of alkoxide or phenoxide, the transition metal atoms being selected from among vanadium, chromium, iron, manganese, cobalt, nickel, and copper. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用電極触媒に関するものである。   The present invention relates to a fuel cell electrode catalyst.

現在、実用化に向けて開発が進められている固体高分子形燃料電池においては、その電極触媒として白金が用いられている。しかし、白金のコストが高いこと、埋蔵量が限られており、将来的に資源が枯渇してしまうという問題がある。特許文献1には、パラジウムを用いた電極触媒、特許文献2には、タンパク質を原料とする電極触媒が、それぞれ開示されている。
しかし、パラジウムは、白金同様に貴金属であり、将来的な安定供給を確保することは困難となることが予想される。また、タンパク質を原料に用いる場合、原料を冷蔵保存しなければならない等、取り扱いに注意が必要である。
Currently, platinum is used as an electrode catalyst in a polymer electrolyte fuel cell that is being developed for practical use. However, there is a problem that the cost of platinum is high, the reserves are limited, and resources will be depleted in the future. Patent Document 1 discloses an electrode catalyst using palladium, and Patent Document 2 discloses an electrode catalyst using protein as a raw material.
However, palladium is a noble metal like platinum, and it is expected that it will be difficult to secure a stable supply in the future. In addition, when using protein as a raw material, care must be taken in handling, for example, the raw material must be refrigerated.

非特許文献1には、コバルト単核錯体を用いた電極触媒が開示されている。しかし、該錯体は、金属原子を1つのみ有する単核錯体であるため、多電子移動反応には不向きであり、過酸化水素が生成し易い状態であった。   Non-Patent Document 1 discloses an electrode catalyst using a cobalt mononuclear complex. However, since the complex is a mononuclear complex having only one metal atom, it is not suitable for a multi-electron transfer reaction, and hydrogen peroxide is easily generated.

例えば、非特許文献2には、ビピリジンを配位子とする多核錯体を熱処理した触媒が報告されている。   For example, Non-Patent Document 2 reports a catalyst obtained by heat-treating a polynuclear complex having bipyridine as a ligand.

しかし、ビピリジン等の低分子量の有機化合物を配位子とする金属錯体の触媒活性は、実用レベルで使用するにはまだ不十分であり、更なる触媒活性の向上が望まれていた。   However, the catalytic activity of a metal complex having a low molecular weight organic compound such as bipyridine as a ligand is still insufficient for practical use, and further improvement of the catalytic activity has been desired.

特開2006−260909号公報JP 2006-260909 A 特開2004−217507号公報JP 2004-217507 A Tatsuhiro Okada,et.al.ElectrochimicaActa,45,4419(2000).Tatsuhiro Okada, et. al. Electrochimica Acta, 45, 4419 (2000). 「有機金属錯体を用いた燃料電池電極触媒の開発」触媒学会・筑波地区講演会(2004年12月10日),産業技術総合研究所 岡田達弘“Development of Fuel Cell Electrode Catalyst Using Organometallic Complex” Catalytic Society of Tsukuba area lecture (December 10, 2004), National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Tatsuhiro Okada

本発明の目的は、燃料電池用電極触媒として好適な高活性の触媒を提供することである。   An object of the present invention is to provide a highly active catalyst suitable as a fuel cell electrode catalyst.

本発明の上記の課題は下記の手段により達成された。
[1]分子内に5〜15個の配位原子を有する配位子を2〜4個の遷移金属原子に配位してなる多核錯体を用いてなる燃料電池用電極触媒。
[2]前記多核錯体の遷移金属原子が、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル及び銅からなる群より選ばれる1種以上であることを特徴とする前記[1]に記載の燃料電池用電極触媒。
[3]前記多核錯体の配位原子が、窒素原子および酸素原子から選ばれる1種以上であることを特徴とする前記[1]又は[2]に記載の燃料電池用電極触媒。
[4]前記多核錯体の遷移金属原子がアルコキシドもしくはフェノキシドの酸素原子によって架橋されていることを特徴とする前記[1]〜[3]の何れかに記載の燃料電池用電極触媒。
[5]前記多核錯体において、任意に選ばれる遷移金属の原子間距離の少なくとも1つが、3.6Å以下であることを特徴とする前記[1]〜[4]の何れかに記載の燃料電池用電極触媒。
[6]前記配位子が、下記一般式(I)又は一般式(II)で示される配位子であることを特徴とする前記[1]〜[5]の何れかに記載の燃料電池用電極触媒。
The above object of the present invention has been achieved by the following means.
[1] An electrode catalyst for a fuel cell comprising a polynuclear complex in which a ligand having 5 to 15 coordination atoms in the molecule is coordinated to 2 to 4 transition metal atoms.
[2] The fuel cell according to [1], wherein the transition metal atom of the polynuclear complex is at least one selected from the group consisting of vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, and copper. Electrode catalyst.
[3] The electrode catalyst for a fuel cell according to [1] or [2], wherein the coordination atom of the polynuclear complex is at least one selected from a nitrogen atom and an oxygen atom.
[4] The fuel cell electrode catalyst according to any one of [1] to [3], wherein the transition metal atom of the polynuclear complex is bridged by an oxygen atom of alkoxide or phenoxide.
[5] The fuel cell according to any one of [1] to [4], wherein in the polynuclear complex, at least one of the interatomic distances of the transition metal selected arbitrarily is 3.6 mm or less. Electrode catalyst.
[6] The fuel cell according to any one of [1] to [5], wherein the ligand is a ligand represented by the following general formula (I) or general formula (II): Electrode catalyst.

Figure 2008258150
Figure 2008258150

(式中、Q1およびQ2は、それぞれ少なくとも2つのC=N結合を有する2価の有機基であり、T1は、少なくとも1つのC=N結合を有する1価の有機基であり、R1およびR2はそれぞれ独立に、水素原子または置換基であり、2つのR1またはR2は、互いに連結していてもよく、複数のR1およびR2は、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。複数のQ1は同一でも異なっていてもよい、複数のT1は同一でも異なっていてもよい。)
[7]前記[1]〜[6]の何れかに記載の多核錯体を250℃以上1500℃以下の温度にて加熱することにより得られる燃料電池用電極触媒。
[8]前記[1]〜[6]の何れかに記載の多核錯体と、カーボン担体及び/又は導電性高分子とを含む多核錯体混合物からなる燃料電池用電極触媒。
さらに本発明は、
[9]前記[1]〜[6]の何れかに記載の多核錯体と、カーボン担体及び/又は導電性高分子とを含む多核錯体混合物を250℃以上1500℃以下の温度にて加熱することにより得られる燃料電池用電極触媒、を提供するものである。
(Wherein Q 1 and Q 2 are each a divalent organic group having at least two C═N bonds, and T 1 is a monovalent organic group having at least one C═N bond, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a substituent, two R 1 or R 2 may be linked to each other, and a plurality of R 1 and R 2 are the same as each other The plurality of Q 1 may be the same or different, and the plurality of T 1 may be the same or different.)
[7] A fuel cell electrode catalyst obtained by heating the polynuclear complex according to any one of [1] to [6] at a temperature of 250 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower.
[8] A fuel cell electrode catalyst comprising a multinuclear complex mixture containing the multinuclear complex according to any one of [1] to [6] above and a carbon support and / or a conductive polymer.
Furthermore, the present invention provides
[9] A polynuclear complex mixture containing the polynuclear complex according to any one of [1] to [6] above and a carbon support and / or a conductive polymer is heated at a temperature of 250 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. The electrode catalyst for fuel cells obtained by this is provided.

本発明は、多核錯体を用いることで、電極反応に好適な距離に金属原子を配置させることが可能となり、更に、配位原子を5〜15個有する配位子を用いることで、加熱処理後も多核構造を保持させることが可能となる。このような多核錯体は、燃料電池用電極触媒として優れた触媒活性(例えば、質量活性)を発揮する。   In the present invention, by using a polynuclear complex, it becomes possible to arrange metal atoms at a distance suitable for electrode reaction, and further, by using a ligand having 5 to 15 coordination atoms, Can also retain a multinuclear structure. Such a polynuclear complex exhibits excellent catalytic activity (for example, mass activity) as an electrode catalyst for a fuel cell.

本発明の触媒において、分子内に5〜15個の配位原子を有する配位子が2〜4個の遷移金属原子に配位している。ここで配位原子とは、久保亮五他編「岩波 理化学辞典 第4版」(1991年1月10日発行、岩波書店)966頁に記載の通り、金属原子の空軌道に電子を供与する非共有電子対を有し、金属原子と配位結合で結合する原子を示す。   In the catalyst of the present invention, a ligand having 5 to 15 coordination atoms in the molecule is coordinated to 2 to 4 transition metal atoms. Here, the coordination atom means that electrons are donated to the vacant orbit of metal atoms, as described in Ryogo Kubo et al., “Iwanami Rikagaku Dictionary 4th Edition” (issued January 10, 1991, Iwanami Shoten), page 966. An atom having an unshared electron pair and bonded to a metal atom through a coordinate bond.

また、本発明の触媒に適用する多核錯体において配位原子が配位結合する遷移金属原子は、無電荷でも、荷電している金属イオンであってもよい。   Moreover, in the polynuclear complex applied to the catalyst of the present invention, the transition metal atom to which the coordination atom is coordinated may be an uncharged or charged metal ion.

前記の遷移金属原子としては、元素の周期表の第4周期〜第6周期に属する遷移金属があげられる。
具体的には、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金からなる群から選ばれる金属原子が例示される。
これらの中で好ましくは、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、銀、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、ハフニウム、タンタル及びタングステンからなる群から選ばれる1種以上の金属原子であり、さらに好ましくはスカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、タンタル及びタングステンからなる群から選ばれる1種以上の金属原子である。
これらの中でも、とりわけ、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル及び銅からなる群から選ばれる1種以上の金属原子が好ましく、特に好ましくは、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル及び銅からなる群から選ばれる1種以上の金属原子である。
Examples of the transition metal atom include transition metals belonging to the fourth to sixth periods of the periodic table of elements.
Specifically, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, palladium, silver, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium And a metal atom selected from the group consisting of gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, hafnium, tantalum, tungsten, rhenium, osmium, iridium, platinum and gold.
Among these, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, silver, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium One or more metal atoms selected from the group consisting of dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, hafnium, tantalum and tungsten, more preferably scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, One or more metal atoms selected from the group consisting of nickel, copper, zirconium, niobium, molybdenum, tantalum and tungsten.
Among these, in particular, one or more metal atoms selected from the group consisting of vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, and copper are preferable, and a group consisting of manganese, iron, cobalt, nickel, and copper is particularly preferable. One or more metal atoms selected from

また、本発明の触媒は、2〜4個の遷移金属原子を有しているが、好ましくは2〜3個であり、より好ましくは2個である。   Moreover, although the catalyst of this invention has 2-4 transition metal atoms, Preferably it is 2-3 pieces, More preferably, it is two pieces.

さらに、本発明の触媒において遷移金属原子として少なくとも1個のコバルト原子を含む場合、触媒の性能上とりわけ好ましい。   Furthermore, when the catalyst of the present invention contains at least one cobalt atom as a transition metal atom, it is particularly preferable in view of the performance of the catalyst.

前記触媒において多核錯体を構成する配位子は、遷移金属原子と結合しうる配位原子を5〜15個有する。該配位子中の配位原子の総数は、好ましくは5〜12個であり、より好ましくは6〜10個であり、特に好ましくは6〜8個である。また、該配位原子は電気的に中性であっても、荷電したイオンであってもよい。   The ligand constituting the polynuclear complex in the catalyst has 5 to 15 coordination atoms that can be bonded to the transition metal atom. The total number of coordinating atoms in the ligand is preferably 5 to 12, more preferably 6 to 10, and particularly preferably 6 to 8. The coordinating atom may be electrically neutral or a charged ion.

該配位原子は、好ましくは、窒素原子、酸素原子、リン原子及び硫黄原子から選ばれる1種以上であり、複数ある配位原子は互いに同一でも異なっていてもよい。より好ましくは窒素原子、酸素原子、及び硫黄原子から選ばれる1種以上であり、特に好ましくは窒素原子および酸素原子から選ばれる1種以上である。   The coordination atom is preferably one or more selected from a nitrogen atom, an oxygen atom, a phosphorus atom, and a sulfur atom, and a plurality of coordination atoms may be the same as or different from each other. More preferably, they are 1 or more types chosen from a nitrogen atom, an oxygen atom, and a sulfur atom, Most preferably, they are 1 or more types chosen from a nitrogen atom and an oxygen atom.

本発明の多核錯体は、遷移金属原子がアルコキシドもしくはフェノキシドの酸素原子によって架橋されることにより、電極反応に好適な距離に遷移金属原子を配置させる効果が高まることから、好ましい。   The polynuclear complex of the present invention is preferable because the transition metal atom is bridged by an oxygen atom of alkoxide or phenoxide, and the effect of arranging the transition metal atom at a distance suitable for the electrode reaction is enhanced.

アルコキシドは、アルコール(RαOH)のヒドロキシ基(OH)がプロトンを放出したものであり、Rαはアルキル基を指す。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ノニル基、ドデシル基、ペンタデシル基、オクタデシル基、ドコシル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロノニル基、シクロドデシル基、ノルボニル基、アダマンチル基、フェニルメチル基、1−フェニルエチル基、2−フェニルエチル基、1−フェニル−1−プロピル基、1−フェニル−2−プロピル基、2−フェニル−2−プロピル基、3−フェニル−1−プロピル基、4−フェニル−1−ブチル基、5−フェニル−1−ペンチル基、6−フェニル−1−ヘキシル基等が挙げられる。 The alkoxide is one in which a hydroxy group (OH) of an alcohol (R α OH) releases a proton, and R α indicates an alkyl group. Specifically, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, nonyl group, dodecyl group, pentadecyl group, Octadecyl group, docosyl group, cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclononyl group, cyclododecyl group, norbornyl group, adamantyl group, phenylmethyl group, 1-phenylethyl group, 2-phenylethyl group, 1-phenyl-1-propyl group, 1-phenyl-2-propyl group, 2-phenyl-2-propyl group, 3-phenyl-1-propyl group, 4-phenyl-1-butyl group, 5-phenyl-1 -Pentyl group, 6-phenyl-1-hexyl group and the like.

フェノキシドは、フェノール(RβOH)のヒドロキシ基(OH)がプロトンを放出したものであり、Rβは1価のアリール基を指す。具体的には、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−プロピルフェニル基、4−イソプロピルフェニル基、4−ブチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−ヘキシルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−アダマンチルフェニル基、4−フェニルフェニル基等である。 Phenoxide is obtained by releasing a proton from a hydroxy group (OH) of phenol (R β OH), and R β indicates a monovalent aryl group. Specifically, for example, phenyl group, 1-naphthyl group, 2-naphthyl group, 2-methylphenyl group, 3-methylphenyl group, 4-methylphenyl group, 4-ethylphenyl group, 4-propylphenyl group, 4-isopropylphenyl group, 4-butylphenyl group, 4-tert-butylphenyl group, 4-hexylphenyl group, 4-cyclohexylphenyl group, 4-adamantylphenyl group, 4-phenylphenyl group and the like.

また、本発明の多核錯体において、任意に選ばれる遷移金属の原子間距離の少なくとも1つが、3.6Å以下であると、遷移金属原子と水素分子や酸素分子との相互作用が強められることにより、触媒活性がより高くなるという効果が期待される。該遷移金属原子間の距離として、より好ましくは、3.4Å以下であり、特に好ましくは3.2Å以下であり、とりわけ好ましくは、3.0Å以下である。一方、遷移金属の原子間距離が近すぎると、遷移金属原子同士の反発が強くなり触媒が不安定化することから、遷移金属の原子間距離として、好ましくは1.8Å以上、より好ましくは2.0Å以上、特に好ましくは2.2Å以上である。該遷移金属の原子間距離は、X線結晶構造解析により求めることができるが、文献等に報告されている値を用いることもできる。もしくは密度汎関数法に基づく構造最適化計算により求めることもできる。密度汎関数法に基づく構造最適化計算には、Materials Studio DMol3 version 4.2(accelrys社製)を用いる。 Moreover, in the polynuclear complex of the present invention, when at least one of the distances between atoms of the transition metal selected arbitrarily is 3.6 mm or less, the interaction between the transition metal atom and the hydrogen molecule or oxygen molecule is strengthened. The effect of higher catalytic activity is expected. The distance between the transition metal atoms is more preferably 3.4 mm or less, particularly preferably 3.2 mm or less, and particularly preferably 3.0 mm or less. On the other hand, if the interatomic distance of the transition metal is too close, the repulsion between the transition metal atoms becomes strong and the catalyst becomes unstable. Therefore, the interatomic distance of the transition metal is preferably 1.8 mm or more, more preferably 2 0.0Å or more, particularly preferably 2.2Å or more. The interatomic distance of the transition metal can be determined by X-ray crystal structure analysis, but the values reported in the literature can also be used. Or it can also obtain | require by the structure optimization calculation based on a density functional method. Materials Studio DMol 3 version 4.2 (made by accelrys) is used for the structural optimization calculation based on the density functional theory.

本発明の触媒において多核錯体の配位子としては、配位原子を5〜15個有することを必須とするが、より好ましくは、下記一般式(I)で表される配位子、あるいは一般式(II)で表される配位子を挙げることができる。   In the catalyst of the present invention, the ligand of the polynuclear complex is required to have 5 to 15 coordinating atoms, more preferably a ligand represented by the following general formula (I), or A ligand represented by the formula (II) can be exemplified.

Figure 2008258150
Figure 2008258150

(式中、Q1およびQ2は、それぞれ少なくとも2つのC=N結合を有する2価の有機基であり、T1は、少なくとも1つのC=N結合を有する1価の有機基であり、R1およびR2はそれぞれ独立に、水素原子または置換基であり、2つのR1またはR2は、互いに連結していてもよく、複数のR1およびR2は、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。) (Wherein Q 1 and Q 2 are each a divalent organic group having at least two C═N bonds, and T 1 is a monovalent organic group having at least one C═N bond, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a substituent, two R 1 or R 2 may be linked to each other, and a plurality of R 1 and R 2 are the same as each other May be different.)

前記一般式(I)あるいは(II)中のヒドロキシ基(OH)は、プロトンを放出したフェノキシ基になり、金属原子と配位していてもよい。   The hydroxy group (OH) in the general formula (I) or (II) becomes a phenoxy group from which a proton has been released, and may be coordinated with a metal atom.

前記一般式(I)あるいは(II)のR1およびR2が置換基の場合、その例として、水酸基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、カルボキシル基、ホルミル基、ヒドロキシスルホニル基、ハロゲン原子、置換されていてもよい1価の炭化水素基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基(置換されていてもよい炭化水素オキシ基)、非置換又は置換の1価の炭化水素基2個で置換されたアミノ基(即ち、置換されていてもよい炭化水素二置換アミノ基)、置換されていてもよいヒドロカルビルメルカプト基(置換されていてもよい炭化水素メルカプト基)、置換されていてもよいヒドロカルビルカルボニル基(置換されていてもよい炭化水素カルボニル基)、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシカルボニル基(置換されていてもよい炭化水素オキシカルボニル基)、非置換又は置換の1価の炭化水素基2個で置換されたアミノカルボニル基(即ち、置換されていてもよい炭化水素二置換アミノカルボニル基)、又は置換されていてもよいヒドロカルビルオキシスルホニル基(置換されていてもよい炭化水素スルホニル基)が挙げられ、置換されていてもよい1価の炭化水素基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基、非置換又は置換の1価の炭化水素基2個で置換されたアミノ基、置換されていてもよいヒドロカルビルメルカプト基、置換されていてもよいヒドロカルビルカルボニル基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシカルボニル基が好ましく、置換されていてもよい1価の炭化水素基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基、非置換又は置換の1価の炭化水素基2個で置換されたアミノ基がより好ましく、置換されていてもよい1価の炭化水素基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基がさらに好ましい。これらの基において、水素原子の結合した窒素原子は、1価の炭化水素基で置換されていることが好ましい。また、R1で表される基が複数の置換基を有する場合には、2個の置換基が連結して環を形成してもよい。 When R 1 and R 2 in the general formula (I) or (II) are substituents, examples thereof include a hydroxyl group, amino group, nitro group, cyano group, carboxyl group, formyl group, hydroxysulfonyl group, halogen atom, Substituted by two monovalent hydrocarbon groups which may be substituted, hydrocarbyloxy groups which may be substituted (hydrocarbonoxy groups which may be substituted), two unsubstituted or substituted monovalent hydrocarbon groups Amino groups (that is, optionally substituted hydrocarbon disubstituted amino groups), optionally substituted hydrocarbyl mercapto groups (optionally substituted hydrocarbon mercapto groups), optionally substituted hydrocarbyls Carbonyl group (optionally substituted hydrocarbon carbonyl group), optionally substituted hydrocarbyloxycarbonyl group (optionally substituted) Hydrocarbon oxycarbonyl group), an aminocarbonyl group substituted with two unsubstituted or substituted monovalent hydrocarbon groups (ie, an optionally substituted hydrocarbon disubstituted aminocarbonyl group), or substituted A hydrocarbyloxysulfonyl group which may be substituted (an optionally substituted hydrocarbonsulfonyl group), a monovalent hydrocarbon group which may be substituted, a hydrocarbyloxy group which may be substituted, an unsubstituted or substituted group Preferred are an amino group substituted with two monovalent hydrocarbon groups, an optionally substituted hydrocarbyl mercapto group, an optionally substituted hydrocarbylcarbonyl group, and an optionally substituted hydrocarbyloxycarbonyl group. Monovalent hydrocarbon group which may be substituted, hydrocarbyloxy group which may be substituted, unsubstituted or substituted Monovalent more preferably an amino group substituted with a hydrocarbon group two, 1 may be substituted monovalent hydrocarbon group, an optionally substituted hydrocarbyloxy group is more preferred. In these groups, the nitrogen atom to which a hydrogen atom is bonded is preferably substituted with a monovalent hydrocarbon group. In addition, when the group represented by R 1 has a plurality of substituents, the two substituents may be linked to form a ring.

上記R1で表される1価の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ノニル基、ドデシル基、ペンタデシル基、オクタデシル基、ドコシル基等の炭素数1〜50のアルキル基(好ましくは炭素数1〜20のアルキル基);シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロノニル基、シクロドデシル基、ノルボニル基、アダマンチル基等の炭素数3〜50の環状飽和炭化水素基(好ましくは炭素数3〜20の環状飽和炭化水素基);エテニル基、プロペニル基、3−ブテニル基、2−ブテニル基、2−ペンテニル基、2−ヘキセニル基、2−ノネニル基、2−ドデセニル基等の炭素数2〜50のアルケニル基(好ましくは2〜20のアルケニル基);フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−プロピルフェニル基、4−イソプロピルフェニル基、4−ブチルフェニル基、4−tert−ブチルフェニル基、4−ヘキシルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基、4−アダマンチルフェニル基、4−フェニルフェニル基等の炭素数6〜50のアリール基(好ましくは6〜20のアリール基);フェニルメチル基、1−フェニルエチル基、2−フェニルエチル基、1−フェニル−1−プロピル基、1−フェニル−2−プロピル基、2−フェニル−2−プロピル基、3−フェニル−1−プロピル基、4−フェニル−1−ブチル基、5−フェニル−1−ペンチル基、6−フェニル−1−ヘキシル基等の炭素数7〜50のアラルキル基(好ましくは7〜20のアラルキル基)が挙げられる。 Examples of the monovalent hydrocarbon group represented by R 1 include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, and hexyl. Group, nonyl group, dodecyl group, pentadecyl group, octadecyl group, docosyl group, etc., an alkyl group having 1 to 50 carbon atoms (preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms); cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclo Hexyl group, cyclononyl group, cyclododecyl group, norbornyl group, adamantyl group and other cyclic saturated hydrocarbon groups having 3 to 50 carbon atoms (preferably cyclic saturated hydrocarbon groups having 3 to 20 carbon atoms); ethenyl group and propenyl group 3-butenyl group, 2-butenyl group, 2-pentenyl group, 2-hexenyl group, 2-nonenyl group, 2-dodecenyl group An alkenyl group having 2 to 50 carbon atoms (preferably an alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms) such as phenyl group, 1-naphthyl group, 2-naphthyl group, 2-methylphenyl group, 3-methylphenyl group, 4-methylphenyl Group, 4-ethylphenyl group, 4-propylphenyl group, 4-isopropylphenyl group, 4-butylphenyl group, 4-tert-butylphenyl group, 4-hexylphenyl group, 4-cyclohexylphenyl group, 4-adamantylphenyl Group, an aryl group having 6 to 50 carbon atoms such as 4-phenylphenyl group (preferably an aryl group having 6 to 20 carbon atoms); phenylmethyl group, 1-phenylethyl group, 2-phenylethyl group, 1-phenyl-1- Propyl group, 1-phenyl-2-propyl group, 2-phenyl-2-propyl group, 3-phenyl-1-propyl group, 4-phenyl group Examples thereof include an aralkyl group having 7 to 50 carbon atoms (preferably an aralkyl group having 7 to 20) such as an phenyl-1-butyl group, a 5-phenyl-1-pentyl group, and a 6-phenyl-1-hexyl group.

1で表される1価の炭化水素基としては、炭素数1〜20のものが好ましく、炭素数1〜12のものがより好ましく、炭素数2〜12のものがより好ましく、炭素数1〜10のものがより好ましく、炭素数3〜10のものが一層好ましく、炭素数1〜10のアルキル基がより好ましく、炭素数3〜10のアルキル基が特に好ましい。 The monovalent hydrocarbon group represented by R 1 preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 2 to 12 carbon atoms, and 1 carbon atom. To 10 carbon atoms are more preferable, those having 3 to 10 carbon atoms are more preferable, alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms are more preferable, and alkyl groups having 3 to 10 carbon atoms are particularly preferable.

1で表されるヒドロカルビルオキシ基、ヒドロカルビルメルカプト基、ヒドロカルビルカルボニル基、ヒドロカルビルオキシカルボニル基、ヒドロカルビルスルホニル基は、それぞれ、オキシ基、メルカプト基、カルボニル基、オキシカルボニル基、スルホニル基に、前記の1価の炭化水素基が1個結合してなる基である。 The hydrocarbyloxy group, hydrocarbyl mercapto group, hydrocarbylcarbonyl group, hydrocarbyloxycarbonyl group, and hydrocarbylsulfonyl group represented by R 1 are each an oxy group, a mercapto group, a carbonyl group, an oxycarbonyl group, and a sulfonyl group. This is a group formed by bonding one valent hydrocarbon group.

1で表される"非置換又は置換の1価の炭化水素基2個で置換されたアミノ基"、"非置換又は置換の1価の炭化水素基2個で置換されたアミノカルボニル基"は、それぞれ、アミノ基、アミノカルボニル基(即ち、−C(=O)−NH2)中の2個の水素原子が前記の1価の炭化水素基に置換された基である。これらに含まれる1価の炭化水素基の具体例及び好ましい例は、前記のR1で表される1価の炭化水素基と同じである。 “Amino group substituted with two unsubstituted or substituted monovalent hydrocarbon groups” represented by R 1 , “aminocarbonyl group substituted with two unsubstituted or substituted monovalent hydrocarbon groups” Are groups in which two hydrogen atoms in an amino group and an aminocarbonyl group (that is, —C (═O) —NH 2 ) are substituted with the monovalent hydrocarbon group. Specific examples and preferred examples of the monovalent hydrocarbon group contained in these are the same as the monovalent hydrocarbon group represented by R 1 described above.

1で表される1価の炭化水素基、ヒドロカルビルオキシ基、ヒドロカルビルメルカプト基、ヒドロカルビルカルボニル基、ヒドロカルビルオキシカルボニル基、ヒドロカルビルスルホニル基は、これらの基に含まれる水素原子の一部又は全部が、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、ニトロ基、シアノ基、置換されていてもよい1価の炭化水素基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシ基、置換されていてもよいヒドロカルビルメルカプト基、置換されていてもよいヒドロカルビルカルボニル基、置換されていてもよいヒドロカルビルオキシカルボニル基、置換されていてもよいヒドロカルビルスルホニル基等で置換されていてもよい。 The monovalent hydrocarbon group represented by R 1 , hydrocarbyloxy group, hydrocarbyl mercapto group, hydrocarbylcarbonyl group, hydrocarbyloxycarbonyl group, and hydrocarbylsulfonyl group have a part or all of the hydrogen atoms contained in these groups, Halogen atom, hydroxyl group, amino group, nitro group, cyano group, monovalent hydrocarbon group which may be substituted, hydrocarbyloxy group which may be substituted, hydrocarbyl mercapto group which may be substituted, substituted It may be substituted with an optionally substituted hydrocarbylcarbonyl group, an optionally substituted hydrocarbyloxycarbonyl group, an optionally substituted hydrocarbylsulfonyl group, and the like.

前記R1の中でも、特に好ましいのは、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、フェニル基、メチルフェニル基、ナフチル基、ピリジル基である。 Among the above R 1 , hydrogen atom, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, phenyl group, methylphenyl group, naphthyl group, pyridyl are particularly preferable. It is a group.

前記一般式(I)または(II)においてQ1およびQ2は、少なくとも2つのC=N結合を有する2価の有機基である。この2価の有機基は、下記式(III―a)、(III―b)で表されるものが好ましい。 In the general formula (I) or (II), Q 1 and Q 2 are divalent organic groups having at least two C═N bonds. These divalent organic groups are preferably those represented by the following formulas (III-a) and (III-b).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

(式中、R3は、一般式(I)あるいは(II)のR1、R2と同義であり、複数あるR3は、互いに同じでも異なっていてもよい。Z1は、2価の有機基であり、P1およびP2は、1つのC=N−Cと共に結合して置換していてもよい芳香族複素環を形成するのに必要な原子群であり、P1とP2が互いに結合して環を形成してもよく、P1およびP2は、互いに同じでも異なっていてもよい。Y1は、単結合、二重結合または連結基である。) (Wherein, R 3 is R 1 of the general formula (I) or (II), have the same meanings as R 2, plural R 3 is good .Z 1 be the same or different from one another, a divalent P1 and P2 are organic groups, and are an atomic group necessary for forming an aromatic heterocyclic ring which may be bonded and bonded together with one C═N—C, and P1 and P2 are bonded to each other. may form a ring Te, the P1 and P2, may .Y 1 be the same or different from each other, a single bond, a double bond or a linking group.)

前記式(III―a)のZ1は、2価の有機基を表すが、その例として、置換されていてもよいアルキレン基、置換されていてもよい芳香族基等があげられる。 Z 1 in the formula (III-a) represents a divalent organic group, and examples thereof include an optionally substituted alkylene group and an optionally substituted aromatic group.

前記Z1におけるアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、1,1−プロピレン基、1,2−プロピレン基、1,3−プロピレン基、2,4−ブチレン基、2,4−ジメチル−2,4−ブチレン基、1,2−シクロペンチレン基、1,2−シクロヘキシレン基などの全炭素数1〜20の、好ましくは1〜10、さらに好ましくは2〜10の直鎖、分岐または環状のアルキレン基が挙げられる。前記のアルキレン基は、前記R1あるいはR2の置換基で置換されていてもよい。 Examples of the alkylene group in Z 1 include a methylene group, an ethylene group, a 1,1-propylene group, a 1,2-propylene group, a 1,3-propylene group, a 2,4-butylene group, and 2,4-dimethyl. A linear chain having 1 to 20 carbon atoms, preferably 1 to 10, more preferably 2 to 10, such as a -2,4-butylene group, 1,2-cyclopentylene group, 1,2-cyclohexylene group, etc. A branched or cyclic alkylene group is mentioned. The alkylene group may be substituted with the substituent of R 1 or R 2 .

前記Z1における置換されてもよい芳香族基とは、芳香族化合物から水素原子を2個除去して生じる2価の基である。ここにおける芳香族化合物とは、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、ビフェニル、ジベンゾフラン、チオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、ピリジン、ピラジン、フェノール、ナフトール、ビナフチル、フェナントレンなどの全炭素原子数6〜60、好ましくは4〜60程度の芳香族化合物が挙げられる。
該芳香族基は、前記R1あるいはR2の置換基で置換されていてもよい。
The aromatic group which may be substituted in Z 1 is a divalent group generated by removing two hydrogen atoms from an aromatic compound. Examples of the aromatic compound herein include 6 to 60 carbon atoms in total such as benzene, naphthalene, anthracene, tetracene, biphenyl, dibenzofuran, thiophene, benzothiophene, dibenzothiophene, pyridine, pyrazine, phenol, naphthol, binaphthyl, phenanthrene, and the like. An aromatic compound having about 4 to 60 is preferable.
The aromatic group may be substituted with the substituent of R 1 or R 2 .

前記式(III―a)で表される2価の有機基としては、下記式(III−a−1)〜(III−a−9)で例示される化合物が好ましく、より好ましくは、(III−a−1)〜(III−a−6)で例示される化合物である。   The divalent organic group represented by the formula (III-a) is preferably a compound exemplified by the following formulas (III-a-1) to (III-a-9), more preferably (III -A-1) to (III-a-6).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

(式中、R4は、一般式(I)または(II)のR1、R2と同義であり、複数あるR4は、互いに同じでも異なっていてもよい。) (In the formula, R 4 has the same meaning as R 1 and R 2 in formula (I) or (II), and a plurality of R 4 may be the same as or different from each other.)

前記式(III―b)のP1、P2がC−N=Cと結合して形成される置換されてもよい芳香族複素環の具体例として、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、チアゾール、イミダゾール、オキサゾール、トリアゾール、ベンゾイミダゾール、イソキノリン、キナゾリンが挙げられ、これらは、前記R1の置換基で置換されてもよい。好ましくは、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、チアゾール、イミダゾール、オキサゾール、トリアゾール、ベンゾイミダゾールであり、さらに好ましくは、ピリジン、チアゾール、イミダゾール、オキサゾールである。
また、上記芳香族複素環が互いに結合して新たに環を形成しても良く、以下のような(IV―1)〜(IV―6)の構造をもつものが好ましいものとして挙げられ、さらに好ましくは、(IV―1)〜(IV―3)の構造をもつものである。
Specific examples of the optionally substituted aromatic heterocyclic ring formed by combining P1 and P2 of the formula (III-b) with C—N═C include pyridine, pyrazine, pyrimidine, thiazole, imidazole, oxazole, Examples include triazole, benzimidazole, isoquinoline, and quinazoline, which may be substituted with the substituent of R 1 . Pyridine, pyrazine, pyrimidine, thiazole, imidazole, oxazole, triazole, and benzimidazole are preferable, and pyridine, thiazole, imidazole, and oxazole are more preferable.
The aromatic heterocycles may be bonded to each other to form a new ring, and those having the following structures (IV-1) to (IV-6) are preferred. Preferably, it has a structure of (IV-1)-(IV-3).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

(式中、R5は、一般式(I)または(II)のR1、R2と同義であり、複数あるR5は、互いに同じでも、異なっていてもよい。R6は水素原子または炭素数が1〜30の1価の炭化水素基を表し、複数あるR6は、互いに同じでも、異なっていてもよい。) (Wherein, R 5 in general formula (I) or (II) have the same meanings as R 1, R 2, and plurality of R 5 may be the same as each other, it may be different .R 6 is hydrogen atom or A monovalent hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms, and a plurality of R 6 may be the same or different.

前記一般式(II)のT1は、少なくとも1つのC=N結合を有する1価の有機基であり、該1価の有機基として、下記式(V―a)または(V―b)で表される1価の有機基を例示することができる。 T 1 in the general formula (II) is a monovalent organic group having at least one C═N bond, and the monovalent organic group is represented by the following formula (Va) or (Vb): The monovalent organic group represented can be illustrated.

Figure 2008258150
Figure 2008258150

(式中、R7は、一般式(I)、(II)のR1、R2と同義であり、P3は、1つのC=N−Cと共に置換されてもよい芳香族複素環基を形成するのに必要な原子群を示す。複数あるR7は、互いに同じでも異なっていてもよい。) (In the formula, R 7 has the same meaning as R 1 and R 2 in formulas (I) and (II), and P 3 represents an aromatic heterocyclic group which may be substituted with one C═N—C. A group of atoms necessary for forming a plurality of R 7 may be the same or different from each other.

前記式(V―b)中のP3で形成される置換されてもよい芳香族複素環の具体例として、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、チアゾール、イミダゾール、オキサゾール、トリアゾール、ベンゾイミダゾール、キノリン、イソキノリン、シンノリン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリン、ベンゾジアジンが挙げられ、好ましくは、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、チアゾール、イミダゾール、オキサゾール、トリアゾール、ベンゾイミダゾールであり、さらに好ましくは、ピリジン、チアゾール、イミダゾール、オキサゾールである。これらは、前記R1として示した置換基で置換されてもよい。
一般式(I)で表される化合物の配位子は、例えばJournal of Organic Chemistry,69,5419(2004)に記載されているように、アルデヒド基を有するフェノール化合物と、アミノ基を有する化合物とを、アルコール等の溶媒中で反応させることで合成することができる。また、Australian Journal of Chemistry,23,2225(1970)に記載されているように、反応時に金属塩を添加しておくことで、目的とする金属錯体を直接合成することもできる。
一般式(II)で表される配位子は非特許文献Tetrahedron.,1999,55,8377.に記載されているように、有機金属反応剤の複素環式化合物への付加反応及び酸化をおこない、ハロゲン化反応、次いで遷移金属触媒を用いたクロスカップリング反応によって合成することができる。また、複素環を持つハロゲン化物を用いて、段階的にクロスカップリング反応によって合成することも可能である。
Specific examples of the optionally substituted aromatic heterocycle formed by P3 in the formula (Vb) include pyridine, pyrazine, pyrimidine, thiazole, imidazole, oxazole, triazole, benzimidazole, quinoline, isoquinoline, cinnoline. , Phthalazine, quinazoline, quinoxaline, and benzodiazine, preferably pyridine, pyrazine, pyrimidine, thiazole, imidazole, oxazole, triazole, and benzimidazole, and more preferably pyridine, thiazole, imidazole, and oxazole. These may be substituted with the substituent shown as R 1 .
As described in, for example, Journal of Organic Chemistry, 69, 5419 (2004), a ligand of the compound represented by the general formula (I) includes a phenol compound having an aldehyde group, a compound having an amino group, Can be synthesized in a solvent such as alcohol. Further, as described in the Australian Journal of Chemistry, 23, 2225 (1970), a target metal complex can be directly synthesized by adding a metal salt during the reaction.
The ligand represented by the general formula (II) undergoes addition reaction and oxidation of an organometallic reagent to a heterocyclic compound as described in non-patent literature Tetrahedron., 1999, 55, 8377. , A halogenation reaction, and then a cross-coupling reaction using a transition metal catalyst. Moreover, it is also possible to synthesize stepwise by a cross-coupling reaction using a halide having a heterocyclic ring.

ここで前記一般式(I)または(II)で表される配位子として下記式(VI―1)〜(VI―14)で表される配位子を例示する。このうち、好ましくは、式(VI―1)〜(VI―8)で表される配位子である。なお、下記式中、Meはメチル、tBuはtert−ブチル、を示す。 Here, ligands represented by the following formulas (VI-1) to (VI-14) are exemplified as the ligands represented by the general formula (I) or (II). Among these, ligands represented by formulas (VI-1) to (VI-8) are preferable. In the following formulas, Me is methyl, t Bu represents tert- butyl, the.

Figure 2008258150
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本発明の触媒として用いられる多核錯体は、前記一般式(I)又は一般式(II)で表わされる化合物と金属原子を付与する反応剤(以下、「金属付与剤」と呼ぶ)とを適当な反応溶媒中で混合することにより合成することができる。金属付与剤としては、前記に具体例として例示した遷移金属の酢酸塩、塩化物塩、硫酸塩、炭酸塩などを用いることができる。また、一般式(I)で表わされる化合物を配位子として有する多核錯体は、前記のようにアルデヒドを有するフェノール化合物とアミノ基を有する化合物に、金属付与剤を添加しておくことによっても合成することができる。反応溶媒としては、水、酢酸、シュウ酸、アンモニア水、メタノール、エタノール、n−プロパノ−ル、イソプロピルアルコール、2−メトキシエタノール、1−ブタノール、1,1−ジメチルエタノール、エチレングリコール、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、メチルエチルエーテル、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、デュレン、デカリン、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン、1,2−ジクロロベンゼン、N,N’−ジメチルホルムアミド、N,N’−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、トリエチルアミン、ピリジンが挙げられ、これらを2種以上混合してなる反応溶媒を用いてもよいが、配位子及び金属付与剤が溶解し得るものが好ましい。反応温度としては通常−10〜200℃、好ましくは0〜150℃、特に好ましくは0〜100℃であり、また反応時間としては通常1分〜1週間、好ましくは5分〜24時間、特に好ましくは1時間〜12時間で実施することができる。なお、反応温度および反応時間についても、配位子及び金属付与剤の種類によって適宜最適化できる。
反応後の反応溶液から、生成した多核錯体を単離精製する手段としては、公知の再結晶法、再沈殿法あるいはクロマトグラフィー法から適宜最適な手段を選択して用いることができ、これらの手段を組合せてもよい。
なお、前記反応溶媒の種類によっては、生成した多核錯体が析出する場合があり、析出した多核錯体を濾過等の固液分離手段で分離し、必要に応じて洗浄操作や乾燥操作を行うことによって、多核錯体を単離精製することもできる。
As the polynuclear complex used as the catalyst of the present invention, the compound represented by the general formula (I) or the general formula (II) and a reagent for imparting a metal atom (hereinafter referred to as “metal imparting agent”) are appropriately used. It can be synthesized by mixing in a reaction solvent. As the metal-imparting agent, the transition metal acetates, chlorides, sulfates, carbonates and the like exemplified as specific examples can be used. A polynuclear complex having a compound represented by the general formula (I) as a ligand can also be synthesized by adding a metal-imparting agent to a phenol compound having an aldehyde and a compound having an amino group as described above. can do. As a reaction solvent, water, acetic acid, oxalic acid, aqueous ammonia, methanol, ethanol, n-propanol, isopropyl alcohol, 2-methoxyethanol, 1-butanol, 1,1-dimethylethanol, ethylene glycol, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, methyl ethyl ether, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, benzene, toluene, xylene, mesitylene, durene, decalin, dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, N, N′-dimethylformamide, N, N′-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, acetone, acetonitrile, benzonitrile, triethylamine, pyridine are included, and two or more of these are mixed. It may be used comprising reaction solvent, but is preferably one ligand and the metal-providing agent is soluble. The reaction temperature is usually −10 to 200 ° C., preferably 0 to 150 ° C., particularly preferably 0 to 100 ° C., and the reaction time is usually 1 minute to 1 week, preferably 5 minutes to 24 hours, particularly preferably. Can be carried out in 1 to 12 hours. The reaction temperature and reaction time can also be optimized as appropriate depending on the type of ligand and metal-providing agent.
As a means for isolating and purifying the produced polynuclear complex from the reaction solution after the reaction, an optimum means can be appropriately selected from known recrystallization methods, reprecipitation methods or chromatography methods, and these means can be used. May be combined.
Depending on the type of the reaction solvent, the produced multinuclear complex may be precipitated, and the precipitated multinuclear complex may be separated by a solid-liquid separation means such as filtration, and washed and dried as necessary. A polynuclear complex can also be isolated and purified.

本発明の触媒は、分子内に、5〜15個の配位原子を有する配位子が、2〜4個の金属原子に配位した多核錯体を含有してなるが、前記配位子に加え、他の配位子を有していてもよい。このような他の配位子としてはイオン性でも電気的に中性の化合物でもよく、このような他の配位子を複数有する場合、これらの他の配位子は互いに同一でも異なっていてもよい。   The catalyst of the present invention comprises a multinuclear complex in which a ligand having 5 to 15 coordination atoms is coordinated to 2 to 4 metal atoms in the molecule. In addition, you may have another ligand. Such other ligands may be ionic or electrically neutral compounds, and when there are a plurality of such other ligands, these other ligands may be the same or different from each other. Also good.

前記一般式(I)または(II)で表される配位子を有する多核錯体として、下記式(VII−1)〜(VII−14)で表される多核錯体を例示する。式中のM、M、MおよびMは遷移金属原子を表し、具体的には、前記遷移原子が例示される。M、M、MおよびMは、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。また、Meはメチル、tBuはtert−ブチル、を示す。なお、式中、多核錯体の電荷は省略してある。 Examples of the multinuclear complex having the ligand represented by the general formula (I) or (II) include multinuclear complexes represented by the following formulas (VII-1) to (VII-14). M 1 , M 2 , M 3 and M 4 in the formula represent transition metal atoms, and specific examples include the transition atoms. M 1 , M 2 , M 3 and M 4 may be the same as or different from each other. Me represents methyl, and t Bu represents tert-butyl. In the formula, the charge of the polynuclear complex is omitted.

Figure 2008258150
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前記の他の配位子としては、電気的に中性の化合物として、アンモニア、ピリジン、ピロール、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、1,2,4―トリアジン、ピラゾール、イミダゾール、1,2,3―トリアゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、1,3,4−オキサジアゾール、チアゾール、イソチアゾール、インドール、インダゾール、キノリン、イソキノリン、フェナントリジン、シンノリン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリン、1,8−ナフチリジン、アクリジン、2,2’−ビピリジン、4,4’−ビピリジン、1,10−フェナントロリン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、フェニレンジアミン、シクロヘキサンジアミン、ピリジンN−オキシド、2,2´−ビピリジンN,N’−ジオキシド、オキサミド、ジメチルグリオキシム、o―アミノフェノールなどの窒素原子含有化合物;水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、2−メトキシエタノール、フェノール、シュウ酸、カテコール、サリチル酸、フタル酸、2,4−ペンタンジオン、1,1,1−トリフルオロ−2,4−ペンタンジオン、ヘキサフルオロペンタンジオン、1,3−ジフェニルー1,3―プロパンジオン、2,2’−ビナフトール等の酸素含有化合物;ジメチルスルホキシド、尿素等の硫黄含有化合物;1,2−ビス(ジメチルホスフィノ)エタン、1,2−フェニレンビス(ジメチルホスフィン)等のリン含有化合物等が例示される。
これらの中で好ましくはアンモニア、ピリジン、ピロール、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、1,2,4―トリアジン、ピラゾール、イミダゾール、1,2,3―トリアゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、1,3,4−オキサジアゾール、インドール、インダゾール、キノリン、イソキノリン、フェナントリジン、シンノリン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリン、1,8−ナフチリジン、アクリジン、2,2’−ビピリジン、4,4’−ビピリジン、1,10−フェナントロリン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、フェニレンジアミン、シクロヘキサンジアミン、ピリジンN−オキシド、2,2’−ビピリジンN,N’−ジオキシド、オキサミド、ジメチルグリオキシム、o―アミノフェノール、水、フェノール、シュウ酸、カテコール、サリチル酸、フタル酸、2,4−ペンタンジオン、1,1,1−トリフルオロ−2,4−ペンタンジオン、ヘキサフルオロペンタンジオン、1,3−ジフェニル−1,3―プロパンジオン、2,2’−ビナフトールであり、より好ましくはアンモニア、ピリジン、ピロール、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、1,2,4―トリアジン、ピラゾール、イミダゾール、1,2,3―トリアゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、1,3,4−オキサジアゾール、インドール、インダゾール、キノリン、イソキノリン、フェナントリジン、シンノリン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリン、1,8−ナフチリジン、アクリジン、2,2’−ビピリジン、4,4’−ビピリジン、1,10−フェナントロリン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、フェニレンジアミン、シクロヘキサンジアミン、ピリジンN−オキシド、2,2’−ビピリジンN,N’−ジオキシド、o―アミノフェノール、フェノール、カテコール、サリチル酸、フタル酸、1,3−ジフェニルー1,3―プロパンジオン、2,2’−ビナフトールが挙げられる。
これらの中でも、ピリジン、ピロール、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、ピラゾール、イミダゾール、オキサゾール、インドール、キノリン、イソキノリン、アクリジン、2,2’−ビピリジン、4,4’−ビピリジン、1,10−フェナントロリン、フェニレンジアミン、ピリジンN−オキシド、2,2´−ビピリジンN,N’−ジオキシド、o―アミノフェノール、フェノールがさらに好ましい。
Examples of the other ligands include electrically neutral compounds such as ammonia, pyridine, pyrrole, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, 1,2,4-triazine, pyrazole, imidazole, 1,2,3-triazole. , Oxazole, isoxazole, 1,3,4-oxadiazole, thiazole, isothiazole, indole, indazole, quinoline, isoquinoline, phenanthridine, cinnoline, phthalazine, quinazoline, quinoxaline, 1,8-naphthyridine, acridine, 2 , 2′-bipyridine, 4,4′-bipyridine, 1,10-phenanthroline, ethylenediamine, propylenediamine, phenylenediamine, cyclohexanediamine, pyridine N-oxide, 2,2′-bipyridine N, N′-dioxide, oxamide, The Nitrogen atom-containing compounds such as tilglyoxime and o-aminophenol; water, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, sec-butyl alcohol, tert-butyl alcohol, 2-methoxy Ethanol, phenol, oxalic acid, catechol, salicylic acid, phthalic acid, 2,4-pentanedione, 1,1,1-trifluoro-2,4-pentanedione, hexafluoropentanedione, 1,3-diphenyl-1,3 -Oxygen-containing compounds such as propanedione and 2,2'-binaphthol; sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide and urea; 1,2-bis (dimethylphosphino) ethane, 1,2-phenylenebis (dimethylphosphine) and the like Examples include phosphorus-containing compounds.
Among these, ammonia, pyridine, pyrrole, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, 1,2,4-triazine, pyrazole, imidazole, 1,2,3-triazole, oxazole, isoxazole, 1,3,4-oxa Diazole, indole, indazole, quinoline, isoquinoline, phenanthridine, cinnoline, phthalazine, quinazoline, quinoxaline, 1,8-naphthyridine, acridine, 2,2'-bipyridine, 4,4'-bipyridine, 1,10-phenanthroline , Ethylenediamine, propylenediamine, phenylenediamine, cyclohexanediamine, pyridine N-oxide, 2,2′-bipyridine N, N′-dioxide, oxamide, dimethylglyoxime, o-aminophenol, water, phenol, Uric acid, catechol, salicylic acid, phthalic acid, 2,4-pentanedione, 1,1,1-trifluoro-2,4-pentanedione, hexafluoropentanedione, 1,3-diphenyl-1,3-propanedione 2,2′-binaphthol, more preferably ammonia, pyridine, pyrrole, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, 1,2,4-triazine, pyrazole, imidazole, 1,2,3-triazole, oxazole, isoxazole, 1,3,4-oxadiazole, indole, indazole, quinoline, isoquinoline, phenanthridine, cinnoline, phthalazine, quinazoline, quinoxaline, 1,8-naphthyridine, acridine, 2,2'-bipyridine, 4,4'- Bipyridine, 1,10-phenanthroline, ethylenedi Min, propylenediamine, phenylenediamine, cyclohexanediamine, pyridine N-oxide, 2,2'-bipyridine N, N'-dioxide, o-aminophenol, phenol, catechol, salicylic acid, phthalic acid, 1,3-diphenyl-1, Examples include 3-propanedione and 2,2′-binaphthol.
Among these, pyridine, pyrrole, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, pyrazole, imidazole, oxazole, indole, quinoline, isoquinoline, acridine, 2,2′-bipyridine, 4,4′-bipyridine, 1,10-phenanthroline, phenylenediamine Further, pyridine N-oxide, 2,2′-bipyridine N, N′-dioxide, o-aminophenol, and phenol are more preferable.

また、アニオン性を有する配位子としては、水酸化物イオン、ペルオキシド、スーパーオキシド、シアン化物イオン、チオシアン酸イオン、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオンなどのハロゲン化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロボレートイオン、テトラフェニルボレートイオンなどのテトラアリールボレートイオン、ヘキサフルオロホスフェイトイオン、メタンスルホン酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、p−トルエンスルホン酸イオン、ベンゼンスルホン酸イオン、リン酸イオン、亜リン酸イオン、酢酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン、プロピオン酸イオン、安息香酸イオン、金属酸化物イオン、メトキサイドイオン、エトキサイドイオン等が挙げられる。
好ましくは、水酸化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、過塩素酸イオン、テトラフルオロボレートイオン、テトラフェニルボレートイオン、ヘキサフルオロホスフェイトイオン、メタンスルホン酸イオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、p−トルエンスルホン酸イオン、ベンゼンスルホン酸イオン、リン酸イオン、酢酸イオン、トリフルオロ酢酸イオンが例示され、これらの中でも、水酸化物イオン、硫酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、テトラフェニルボレートイオン、トリフルオロメタンスルホン酸イオン、p−トルエンスルホン酸イオン、酢酸イオン、トリフルオロ酢酸イオンがより好ましい。
Examples of the anionic ligand include hydroxide ions, peroxides, superoxides, cyanide ions, thiocyanate ions, fluoride ions, chloride ions, bromide ions, iodide ions and the like, Sulfate ion, nitrate ion, carbonate ion, perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, tetraarylborate ion such as tetraphenylborate ion, hexafluorophosphate ion, methanesulfonate ion, trifluoromethanesulfonate ion, p-toluene Sulfonate ion, benzenesulfonate ion, phosphate ion, phosphite ion, acetate ion, trifluoroacetate ion, propionate ion, benzoate ion, metal oxide ion, methoxide ion, ethoxide ion, etc. And the like.
Preferably, hydroxide ion, sulfate ion, nitrate ion, carbonate ion, perchlorate ion, tetrafluoroborate ion, tetraphenylborate ion, hexafluorophosphate ion, methanesulfonate ion, trifluoromethanesulfonate ion, p -Toluene sulfonate ion, benzene sulfonate ion, phosphate ion, acetate ion, trifluoroacetate ion are exemplified, among which hydroxide ion, sulfate ion, nitrate ion, carbonate ion, tetraphenylborate ion, trifluoro ion Lomethanesulfonic acid ions, p-toluenesulfonic acid ions, acetate ions, and trifluoroacetic acid ions are more preferable.

さらに、前記アニオン性を有する配位子として例示したイオンは、本発明の多核錯体自体を電気的に中和する対イオンとして有していてもよい。   Furthermore, the ions exemplified as the ligand having an anionic property may have as a counter ion for electrically neutralizing the multinuclear complex itself of the present invention.

多核錯体は、電気的中性を保たせるようなカチオン性を有する対イオンとして有していてもよい。カチオン性を有する対イオンとしては、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、テトラ(n−ブチル)アンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン等のテトラアルキルアンモニウムイオン、テトラフェニルホスホニウムイオンなどのテトラアリールホスホニウムイオン等が例示され、具体的には、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン、テトラ(n−ブチル)アンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラフェニルホスホニウムイオンであり、より好ましくはテトラ(n−ブチル)アンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラフェニルホスホニウムイオンが挙げられる。
これらの中でも、カチオン性を有する対イオンとして、テトラ(n−ブチル)アンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオンが好ましい。
The polynuclear complex may have a counter ion having a cationic property that maintains electrical neutrality. Examples of the counter ion having a cationic property include alkali metal ions, alkaline earth metal ions, tetraalkylammonium ions such as tetra (n-butyl) ammonium ion and tetraethylammonium ion, and tetraarylphosphonium ions such as tetraphenylphosphonium ion. Specifically, lithium ion, sodium ion, potassium ion, rubidium ion, cesium ion, magnesium ion, calcium ion, strontium ion, barium ion, tetra (n-butyl) ammonium ion, tetraethylammonium ion, tetraphenyl Phosphonium ion, more preferably tetra (n-butyl) ammonium ion, tetraethylammonium ion, tetraphenylphosphonium Ion, and the like.
Among these, tetra (n-butyl) ammonium ions and tetraethylammonium ions are preferable as the counter ion having a cationic property.

本発明の好ましい実施態様の1つは、前記多核錯体をそのまま触媒とすることができるし、上記多核錯体を加熱処理したものを触媒とすることもでき、この触媒を調製するに当り、上記の多核錯体を加熱処理したものが好ましい。
次に、本発明における、多核錯体の加熱処理について詳述する。
熱処理に用いる多核錯体は、1種の多核錯体のみを用いてもよく、2種以上の多核錯体を用いることもできる。
該多核錯体は、加熱処理を施す前処理として、15℃以上200℃以下の温度、1333Pa(10Torr)以下の減圧下において6時間以上乾燥させることが特に好ましい。該前処理としては、真空乾燥機等を用いることができる。
In one preferred embodiment of the present invention, the polynuclear complex can be used as a catalyst as it is, or a heat-treated one of the polynuclear complex can be used as a catalyst. What heat-processed the polynuclear complex is preferable.
Next, the heat treatment of the polynuclear complex in the present invention will be described in detail.
As the polynuclear complex used for the heat treatment, only one kind of multinuclear complex may be used, or two or more kinds of polynuclear complexes may be used.
The multinuclear complex is particularly preferably dried for 6 hours or more under a reduced pressure of 1533 ° C. (10 Torr) or less at a temperature of 15 ° C. or more and 200 ° C. or less as a pretreatment for heat treatment. As the pretreatment, a vacuum dryer or the like can be used.

多核錯体の加熱処理を行う際に用いる雰囲気は、水素、一酸化炭素などの還元雰囲気、酸素、炭酸ガス、水蒸気などの酸化雰囲気、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガス雰囲気、アンモニア、アセトニトリルなどの含窒素化合物のガスまたは蒸気、並びにこれらの混合ガスの存在下であることが好ましい。より好ましくは、還元雰囲気であれば、水素、および水素と前記不活性ガスとの混合雰囲気、酸化雰囲気であれば、酸素、および酸素と前記不活性ガスとの混合雰囲気、また、不活性ガス雰囲気であれば、窒素、ネオン、アルゴン、並びにこれらのガスの混合雰囲気である。
また、加熱処理に係る圧力は、特に限定されるものではないが、0.5〜1.5気圧程度の常圧付近であると好ましい。
The atmosphere used for the heat treatment of the polynuclear complex is a reducing atmosphere such as hydrogen or carbon monoxide, an oxidizing atmosphere such as oxygen, carbon dioxide or water vapor, or an inert gas such as nitrogen, helium, neon, argon, krypton, or xenon. It is preferably in the presence of an atmosphere, a gas or vapor of a nitrogen-containing compound such as ammonia or acetonitrile, and a mixed gas thereof. More preferably, in a reducing atmosphere, hydrogen and a mixed atmosphere of hydrogen and the inert gas, in an oxidizing atmosphere, oxygen, a mixed atmosphere of oxygen and the inert gas, or an inert gas atmosphere If so, it is a mixed atmosphere of nitrogen, neon, argon, and these gases.
Moreover, the pressure which concerns on heat processing is although it does not specifically limit, It is preferable in the normal pressure vicinity of about 0.5-1.5 atmospheres.

該多核錯体を加熱処理する際の温度は、好ましくは250℃以上であり、より好ましくは300℃以上、さらに好ましくは400℃以上、特に好ましくは500℃以上である。また、加熱処理にかかる温度は、好ましくは1500℃以下であり、より好ましくは1200℃以下、特に好ましくは1000℃以下である。   The temperature at which the polynuclear complex is heat-treated is preferably 250 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher, still more preferably 400 ° C. or higher, and particularly preferably 500 ° C. or higher. Moreover, the temperature concerning heat processing becomes like this. Preferably it is 1500 degrees C or less, More preferably, it is 1200 degrees C or less, Most preferably, it is 1000 degrees C or less.

加熱処理にかかる処理時間は、前記の使用ガスや温度等により適宜設定できるが、上記ガスの密閉あるいは通気させた状態において、室温から徐々に温度を上昇させ目的温度到達後、すぐに降温してもよい。中でも、目的温度に到達後、温度を維持することで、徐々に多核錯体を加熱することが、耐久性をより向上させることができるため好ましい。目的とする温度到達後の保持時間は、好ましくは1〜100時間であり、より好ましくは1〜40時間であり、さらに好ましくは2時間〜10時間であり、特に好ましくは2〜3時間である。   The processing time required for the heat treatment can be appropriately set depending on the gas used, the temperature, etc. In the sealed or vented state of the gas, the temperature is gradually raised from room temperature and the temperature is lowered immediately after reaching the target temperature. Also good. Among them, it is preferable to gradually heat the polynuclear complex by maintaining the temperature after reaching the target temperature because durability can be further improved. The holding time after reaching the target temperature is preferably 1 to 100 hours, more preferably 1 to 40 hours, further preferably 2 hours to 10 hours, and particularly preferably 2 to 3 hours. .

加熱処理を行う装置も、特に限定されるものではなく、管状炉、オーブン、ファーネス、IHホットプレート等が例示される。   An apparatus for performing the heat treatment is not particularly limited, and examples thereof include a tubular furnace, an oven, a furnace, and an IH hot plate.

次に、本発明の燃料電池用電極触媒における別の実施形態について説明する。
前記のとおり、前記多核錯体と、カーボン担体及び/又は導電性高分子とを含む多核錯体混合物からなる燃料電池用電極触媒としてもよい。このようにすると、触媒の安定性が増したり、触媒活性が向上したりする等の観点から有用である。
Next, another embodiment of the fuel cell electrode catalyst of the present invention will be described.
As described above, the fuel cell electrode catalyst may be composed of a polynuclear complex mixture containing the polynuclear complex and a carbon support and / or a conductive polymer. This is useful from the viewpoint of increasing the stability of the catalyst and improving the catalytic activity.

該多核錯体混合物における多核錯体とカーボン担体及び導電性高分子の混合比率は、多核錯体とカーボン担体及び導電性高分子の合計質量に対し、多核錯体の含有量が、1〜70質量%になるように設定することが好ましい。前記多核錯体の含有量を2〜60質量%とするのが、より好ましく、3〜50重量%にするのが、特に好ましい。   The mixing ratio of the polynuclear complex, the carbon carrier and the conductive polymer in the polynuclear complex mixture is such that the content of the polynuclear complex is 1 to 70% by mass with respect to the total mass of the multinuclear complex, the carbon carrier and the conductive polymer. It is preferable to set so. The content of the polynuclear complex is more preferably 2 to 60% by mass, and particularly preferably 3 to 50% by weight.

前記カーボン担体の例としては、ノーリット(NORIT社製)、ケッチェンブラック(Lion社製)、バルカン(Cabot社製)、ブラックパール(Cabot社製)、アセチレンブラック(Chevron社製)(いずれも商品名)等のカーボン粒子、C60やC70等のフラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボン繊維等が挙げられる。   Examples of the carbon support include Norrit (manufactured by NORIT), Ketjen black (manufactured by Lion), Vulcan (manufactured by Cabot), black pearl (manufactured by Cabot), acetylene black (manufactured by Chevron) (all products) Name), fullerenes such as C60 and C70, carbon nanotubes, carbon nanohorns, and carbon fibers.

このような多核錯体混合物を、加熱処理することにより燃料電池用電極触媒としてもよく、加熱処理する際の条件等は、前記の多核錯体を加熱処理する条件と同様である。   Such a multinuclear complex mixture may be heat-treated to form a fuel cell electrode catalyst, and the conditions for the heat treatment are the same as the conditions for heat-treating the multinuclear complex.

導電性高分子としては、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール等を挙げることができる。なお、前記多核錯体、カーボン担体、導電性高分子は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。   Examples of the conductive polymer include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole. In addition, the said polynuclear complex, a carbon support | carrier, and a conductive polymer may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

本発明の燃料電池用電極触媒は、燃料電池の燃料極及び空気極の触媒として用いることができ、燃料極と空気極の両方の触媒として用いてもよいし、燃料極あるいは空気極のどちらか一方の触媒として用いることもできる。   The electrode catalyst for a fuel cell of the present invention can be used as a catalyst for a fuel electrode and an air electrode of a fuel cell, and may be used as a catalyst for both a fuel electrode and an air electrode, or either a fuel electrode or an air electrode. It can also be used as one catalyst.

本発明の燃料電池用電極触媒を用いてなる燃料電池は、例えば、自動車用電源、家庭用電源、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源等として用いることができる。   The fuel cell using the fuel cell electrode catalyst of the present invention can be used, for example, as a small power source for mobile devices such as an automobile power source, a household power source, a mobile phone, and a portable personal computer.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。なお、本実施例で計算値として記載している多核錯体の遷移金属原子の原子間距離は、計算プログラムMaterials Studio DMol3 version 4.2によって計算された値であり、計算にはGGA/PW91汎関数およびDNP基底関数を用い、遷移金属原子の内殻電子にはDFT Semi-local Pseudopotential(DSPP)を用いた。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not restrict | limited to a following example. In addition, the interatomic distance of the transition metal atom of the polynuclear complex described as the calculated value in this example is a value calculated by the calculation program Materials Studio DMol 3 version 4.2, and the calculation includes GGA / PW91 functional and The DNP basis function was used, and DFT Semi-local Pseudopotential (DSPP) was used for the inner electrons of transition metal atoms.

多核錯体の合成
合成例1[多核錯体(A)の合成]
下記反応式(1)に従って、多核錯体(A)をAustralian
Journal of Chemistry,23,2225(1970)に記載の方法を参考に合成した。
Synthesis example 1 of polynuclear complex [Synthesis of polynuclear complex (A)]
According to the following reaction formula (1), the polynuclear complex (A) is converted to Australian.
It was synthesized with reference to the method described in Journal of Chemistry, 23, 2225 (1970).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

まず、窒素雰囲気下において1.9gの塩化コバルト6水和物と1.31gの4―メチル−2,6−ジホルミルフェノールを含んだ50mlメタノール溶液を100mlのナスフラスコに入れ、室温にて攪拌した。この溶液に0.59gの1,3−プロパンジアミンを20mlのメタノールに溶解した溶液を徐々に添加した。上記混合物を3時間還流することにより茶褐色沈殿が生成した。この沈殿を濾取し、乾燥することで多核錯体(A)を得た(収量1.75g:収率74%)。このものの遷移金属原子の原子間距離は、Inorganica Chimica Acta, 16, 121 (1976)に記載のとおり、少なくとも1つは、3.137Åであった。なお、上記反応式において、「Cl2」とは、2当量の塩素イオンが対イオンとして存在することを示し、「2MeOH」とは、2当量のメタノール分子が大環状配位子以外の配位子として存在することを示す。
元素分析値(%):C2634Cl2Co244として、計算値:C,47.65;H,5.23;N,8.55.実測値:C,46.64;H,5.02;N,8.58.
First, a 50 ml methanol solution containing 1.9 g of cobalt chloride hexahydrate and 1.31 g of 4-methyl-2,6-diformylphenol was placed in a 100 ml eggplant flask under a nitrogen atmosphere and stirred at room temperature. did. A solution prepared by dissolving 0.59 g of 1,3-propanediamine in 20 ml of methanol was gradually added to this solution. The mixture was refluxed for 3 hours to produce a brown precipitate. The precipitate was collected by filtration and dried to obtain a polynuclear complex (A) (yield 1.75 g: yield 74%). As described in Inorganica Chimica Acta, 16, 121 (1976), at least one of the transition metal atoms had an atomic distance of 3.137 cm. In the above reaction formula, “Cl 2 ” means that 2 equivalents of chlorine ions are present as counter ions, and “2MeOH” means that 2 equivalents of methanol molecules are coordinated other than macrocyclic ligands. Indicates that it exists as a child.
Elemental analysis (%): Calculated as C 26 H 34 Cl 2 Co 2 N 4 O 4 : C, 47.65; H, 5.23; N, 8.55. Found: C, 46.64; H, 5.02; N, 8.58.

合成例2[多核錯体(B)の合成]
下記反応式(2)に従って多核錯体(B)を以下の方法で合成した。
Synthesis Example 2 [Synthesis of polynuclear complex (B)]
A polynuclear complex (B) was synthesized by the following method according to the following reaction formula (2).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

窒素雰囲気下において0.476gの塩化コバルト6水和物と0.412gの4―tert-ブチル−2,6−ジホルミルフェノールを含んだ10mlエタノール溶液を50mlナスフラスコに入れ、室温にて攪拌した。この溶液に0.216gのo−フェニレンジアミンを5mlのエタノールに溶解させた溶液を徐々に添加した。 上記混合物を2時間還流することにより茶褐色沈殿が生成した。この沈殿を濾取し、乾燥することで多核錯体(B)を得た(収量0.465g:収率63%)。このものの遷移金属原子の原子間距離を前記計算方法によって求めたところ、少なくとも1つは、2.882Åであった。なお、上記反応式において、「Cl2」とは、2当量の塩素イオンが対イオンとして存在することを示し、「2H2O」とは、2当量の水分子が他の配位子として存在することを示す。
元素分析値(%):C3638Cl2Co244として、計算値:C,55.47;H,4.91;N,7.19.実測値:C,56.34;H,4.83;N,7.23.
Under a nitrogen atmosphere, 10 ml ethanol solution containing 0.476 g cobalt chloride hexahydrate and 0.412 g 4-tert-butyl-2,6-diformylphenol was placed in a 50 ml eggplant flask and stirred at room temperature. . A solution prepared by dissolving 0.216 g of o-phenylenediamine in 5 ml of ethanol was gradually added to this solution. The mixture was refluxed for 2 hours to produce a brown precipitate. This precipitate was collected by filtration and dried to obtain a polynuclear complex (B) (yield 0.465 g: yield 63%). When the interatomic distance between the transition metal atoms was determined by the above calculation method, at least one of the distances was 2.882 cm. In the above reaction formula, “Cl 2 ” indicates that 2 equivalents of chlorine ions are present as counter ions, and “2H 2 O” indicates that 2 equivalents of water molecules are present as other ligands. Indicates to do.
Elemental analysis value (%): C 36 H 38 Cl 2 Co 2 N 4 O 4 , calculated value: C, 55.47; H, 4.91; N, 7.19. Found: C, 56.34; H, 4.83; N, 7.23.

合成例3[多核錯体(C)の合成]
下記反応式(3)に従って多核錯体(C)をBulletin
of Chemical Society of Japan,68,1105(1995)に記載の方法を参考に合成した。
Synthesis Example 3 [Synthesis of polynuclear complex (C)]
The polynuclear complex (C) is converted into Bulletin according to the following reaction formula (3)
It was synthesized with reference to the method described in of Chemical Society of Japan, 68, 1105 (1995).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

0.33gの4―メチル−2,6−ジホルミルフェノールと0.49gの酢酸マンガン4水和物を含んだ10mlのメタノールを50mlナスフラスコに入れ、室温にて攪拌した。この溶液に0.15gの1,3−プロパンジアミンを5mlのメタノールに溶解させた溶液を徐々に添加した。上記混合物を1時間攪拌後、黄色沈殿が生成した。この沈殿を濾取し、メタノールで洗浄後、真空乾燥することで多核錯体(C)を得た(収量0.25g:収率39%)。このものの遷移金属原子の原子間距離は、Bulletin of Chemical Society of Japan, 68, 1105 (1995)に記載のとおり、少なくとも1つは、3.367Åであった。なお、上記反応式において、「(OAc)2」とは、2当量の酢酸イオンが対イオンとして存在することを示す。
元素分析値(%):C2832Mn246として、計算値:C,53.34;H,5.12;N,8.89.実測値:C,53.07;H,5.12;N,8.72.
10 ml of methanol containing 0.33 g of 4-methyl-2,6-diformylphenol and 0.49 g of manganese acetate tetrahydrate was placed in a 50 ml eggplant flask and stirred at room temperature. A solution prepared by dissolving 0.15 g of 1,3-propanediamine in 5 ml of methanol was gradually added to this solution. After stirring the above mixture for 1 hour, a yellow precipitate was formed. The precipitate was collected by filtration, washed with methanol, and vacuum dried to obtain a polynuclear complex (C) (yield 0.25 g: yield 39%). As described in Bulletin of Chemical Society of Japan, 68, 1105 (1995), at least one of the transition metal atoms had an atomic distance of 3.367 mm. In the above reaction formula, “(OAc) 2 ” indicates that 2 equivalents of acetate ion is present as a counter ion.
Elemental analysis (%): Calculated as C 28 H 32 Mn 2 N 4 O 6 : C, 53.34; H, 5.12; N, 8.89. Found: C, 53.07; H, 5.12; N, 8.72.

合成例4[多核錯体(D)の合成]
下記反応式(4)に従って多核錯体(D)をAustralian Journal of Chemistry,23,2225(1970)に記載の方法に従い合成した。
Synthesis Example 4 [Synthesis of polynuclear complex (D)]
A polynuclear complex (D) was synthesized according to the following reaction formula (4) according to the method described in Australian Journal of Chemistry, 23, 2225 (1970).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

窒素雰囲気下において0.4gの塩化鉄4水和物と0.33gの4―メチル−2,6−ジホルミルフェノールを含んだ20mlメタノール溶液を50mlナスフラスコに入れ、室温にて攪拌した。この溶液に0.15gの1,3−プロパンジアミンを10mlのメタノールに溶解させた溶液を徐々に添加した。上記混合物を3時間攪拌後、赤褐色沈殿が生成した。この沈殿を濾取し、乾燥することで多核錯体(D)を得た(収量0.50g:収率85%)。このものの遷移金属原子の原子間距離は、Journal of Chemical Crystallography, 34, 83 (2004)に記載されているように少なくとも1つは、3.108Åであった。なお、上記反応式において、「Cl2」とは、2当量の塩素イオンが対イオンとして存在することを示す。
元素分析値(%):C2426Cl2Fe242として、計算値:C,49.27;H,4.48;N,9.58.実測値:C,44.92;H,4.94;N,10.86.
Under a nitrogen atmosphere, 20 ml of a methanol solution containing 0.4 g of iron chloride tetrahydrate and 0.33 g of 4-methyl-2,6-diformylphenol was placed in a 50 ml eggplant flask and stirred at room temperature. A solution prepared by dissolving 0.15 g of 1,3-propanediamine in 10 ml of methanol was gradually added to this solution. After stirring the mixture for 3 hours, a reddish brown precipitate formed. The precipitate was collected by filtration and dried to obtain a polynuclear complex (D) (yield 0.50 g: yield 85%). As described in Journal of Chemical Crystallography, 34, 83 (2004), at least one of the transition metal atoms had an atomic distance of 3.108 cm. In the above reaction formula, “Cl 2 ” indicates that 2 equivalents of chlorine ions are present as counter ions.
Elemental analysis value (%): C 24 H 26 Cl 2 Fe 2 N 4 O 2 , calculated value: C, 49.27; H, 4.48; N, 9.58. Found: C, 44.92; H, 4.94; N, 10.86.

合成例5[多核錯体(E)の合成]
下記反応式(5)に従って多核錯体(E)をChemische Berichte,127,465(1994)に記載の方法に準じて合成した。
Synthesis Example 5 [Synthesis of polynuclear complex (E)]
According to the following reaction formula (5), the polynuclear complex (E) was synthesized according to the method described in Chemische Berichte, 127, 465 (1994).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

1.9gのテトラフルオロほう酸銅(II)を含んだ10mlのメタノール溶液を含んだ50mlのナフフラスコへ0.86gの1,2―フェニレンジアミンを含んだ4mlのメタノール溶液を攪拌しながら加えた。続いて1.65gの4―t―ブチル−2,6−ジホルミルフェノールを含んだ8mlメタノールを徐々に添加した後、3時間還流を行った。
エバポレーターで溶液を濃縮後、冷蔵庫にて冷却することで茶色沈殿が生成した。得られた沈殿を濾取し乾燥することで多核錯体(E)を得た(収量2.63g:収率55%)。このものの遷移金属原子の原子間距離は、Chemische Berichte, 127, 465 (1994)に記載のとおり、少なくとも1つは、2.928Åであった。なお、上記反応式において、「(BF42」とは、2当量のテトラフルオロボレートイオンが対イオンとして存在することを示す。
元素分析値(%):C5560Cu26628として、計算値:C,50.55;H,4.01;N,6.55.実測値:C,51.64;H,4.53;N,6.83.
To a 50 ml naphth flask containing 10 ml of methanol solution containing 1.9 g of copper (II) tetrafluoroborate, 4 ml of methanol solution containing 0.86 g of 1,2-phenylenediamine was added with stirring. Subsequently, 8 ml of methanol containing 1.65 g of 4-t-butyl-2,6-diformylphenol was gradually added, followed by refluxing for 3 hours.
After concentrating the solution with an evaporator and cooling in a refrigerator, a brown precipitate was generated. The resulting precipitate was collected by filtration and dried to obtain a polynuclear complex (E) (yield 2.63 g: yield 55%). As described in Chemische Berichte, 127, 465 (1994), at least one of the transition metal atoms had an atomic distance of 2.928 cm. In the above reaction formula, “(BF 4 ) 2 ” indicates that 2 equivalents of tetrafluoroborate ion exist as a counter ion.
Elemental analysis value (%): C 55 H 60 Cu 2 N 6 O 6 B 2 F 8 , calculated value: C, 50.55; H, 4.01; N, 6.55. Found: C, 51.64; H, 4.53; N, 6.83.

合成例6[多核錯体(F)の合成]
下記反応式(6)に従って多核錯体(F)をJournal of Chemical Society,Dalton Transactions,1223(1996)に記載の方法を参考に合成した。
Synthesis Example 6 [Synthesis of polynuclear complex (F)]
According to the following reaction formula (6), the polynuclear complex (F) was synthesized with reference to the method described in Journal of Chemical Society, Dalton Transactions, 1223 (1996).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

窒素雰囲気下において1.63gのオキシ硫酸バナジウム水和物と1.63gの2,6−ジアセチルピリジンを含んだ30mlメタノール溶液を100mlナスフラスコに入れ、攪拌しながら80℃に加熱した。この溶液に0.90gの1,3−ジアミノプロパンを20mlのメタノールに溶解させた溶液を30分間かけて滴下した。上記混合溶液を8時間還流することにより濃青紫色沈殿が生成した。この沈殿を濾取し、乾燥することで多核錯体(F)を得た(収量3.1g:収率45%)。このものの遷移金属原子の原子間距離は、Journal of Chemical Society, Chemical Communications, 64 (1990)に記載のとおり、少なくとも1つは、3.275Åであった。なお、上記反応式において、「(SO42」とは、2当量の硫酸イオンが対イオンとしてあることを示し、「4MeOH」とは、4当量のメタノール分子が他の配位子として存在することを示す。
元素分析値(%):C284426142として、計算値:C,39.35;H,5.19;N,9.83.実測値:C,39.73;H,5.44;N,10.42.
Under a nitrogen atmosphere, a 30 ml methanol solution containing 1.63 g vanadium oxysulfate hydrate and 1.63 g 2,6-diacetylpyridine was placed in a 100 ml eggplant flask and heated to 80 ° C. with stirring. To this solution, 0.90 g of 1,3-diaminopropane dissolved in 20 ml of methanol was added dropwise over 30 minutes. The mixed solution was refluxed for 8 hours to form a deep blue-violet precipitate. The precipitate was collected by filtration and dried to obtain a polynuclear complex (F) (yield 3.1 g: yield 45%). As described in Journal of Chemical Society, Chemical Communications, 64 (1990), at least one of the transition metal atoms had an atomic distance of 3.275 cm. In the above reaction formula, “(SO 4 ) 2 ” indicates that 2 equivalents of sulfate ion is used as a counter ion, and “4MeOH” indicates that 4 equivalents of methanol molecules exist as other ligands. Indicates to do.
Elemental analysis value (%): C 28 H 44 V 2 N 6 O 14 S 2 , calculated value: C, 39.35; H, 5.19; N, 9.83. Found: C, 39.73; H, 5.44; N, 10.42.

合成例7[多核錯体(G)の合成]
多核錯体(G)を以下の反応式(7)に従って、合成した。
Synthesis Example 7 [Synthesis of polynuclear complex (G)]
A polynuclear complex (G) was synthesized according to the following reaction formula (7).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

なお、錯体の原料となる上記配位子はTetrahedron,55,8377(1999)に記載の方法により合成した。窒素雰囲気下において、1.388gの配位子と1.245gの酢酸コバルト4水和物を含んだ2−メトキシエタノール200ml溶液を500mlのナスフラスコに入れ、80℃に加熱しながら2時間攪拌し、褐色固体が生成した。この固体を濾取し、さらに2−メトキシエタノール20mlで洗浄、乾燥することで多核錯体(G)を得た(収量1.532g:収率74%)。このものの遷移金属原子の原子間距離を前記計算方法によって求めたところ、少なくとも1つは、2.822Åであった。なお、上記反応式において、「(OAc)2」とは、2当量の酢酸イオンが対イオンとしてあることを示し、「MeOEtOH」とは、1当量の2−メトシキエタノールが含まれていることを示している。
元素分析値(%):C4950Co248として、計算値:C,62.56;H,5.36;N,5.96;Co,12.53.実測値:C,62.12;H,5.07;N,6.03;Co,12.74.
In addition, the said ligand used as the raw material of a complex was synthesize | combined by the method as described in Tetrahedron, 55,8377 (1999). In a nitrogen atmosphere, a 200 ml solution of 2-methoxyethanol containing 1.388 g of ligand and 1.245 g of cobalt acetate tetrahydrate was placed in a 500 ml eggplant flask and stirred for 2 hours while heating to 80 ° C. A brown solid was formed. This solid was collected by filtration, further washed with 20 ml of 2-methoxyethanol and dried to obtain a polynuclear complex (G) (yield 1.532 g: yield 74%). When the interatomic distance between the transition metal atoms was determined by the above calculation method, at least one of the distances was 2.822 mm. In the above reaction formula, “(OAc) 2 ” indicates that 2 equivalents of acetate ion is used as a counter ion, and “MeOEtOH” includes 1 equivalent of 2-methoxyethanol. Is shown.
Elemental analysis (%): as C 49 H 50 Co 2 N 4 O 8, Calculated: C, 62.56; H, 5.36 ; N, 5.96; Co, 12.53. Found: C, 62.12; H, 5.07; N, 6.03; Co, 12.74.

合成例8[多核錯体(H)の合成]
多核錯体(H)を以下の反応式(8)に従って、合成した。
Synthesis Example 8 [Synthesis of polynuclear complex (H)]
A polynuclear complex (H) was synthesized according to the following reaction formula (8).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

なお、錯体の原料となる上記配位子は、合成例7で合成した配位子を用いた。窒素雰囲気下において、0.126gの配位子を含んだエタノール10ml溶液と0.078gの酢酸鉄を含んだメタノール5ml溶液を50mlのナスフラスコに入れ、80℃に加熱しながら3時間攪拌したところ、褐色固体が析出した。この、固体を濾取し、さらにメタノールで洗浄、乾燥することで多核錯体(H)を得た(収量0.075g:収率41%)。このものの遷移金属原子の原子間距離を前記計算方法によって求めたところ、少なくとも1つは、2.824Åであった。なお、上記反応式において、「(OAc)2」とは、2当量の酢酸イオンが対イオンとして存在することを示し、「MeOH」とは、2当量のメタノール分子が含まれていることを示している。元素分析値(%):C4850Fe248として、計算値:C,62.49;H,5.46;N,6.07.実測値:C,59.93;H,5.29;N,5.70. In addition, the ligand synthesize | combined in the synthesis example 7 was used for the said ligand used as the raw material of a complex. In a nitrogen atmosphere, 10 ml of ethanol containing 0.126 g of ligand and 5 ml of methanol containing 0.078 g of iron acetate were placed in a 50 ml eggplant flask and stirred for 3 hours while heating to 80 ° C. A brown solid precipitated out. The solid was collected by filtration, further washed with methanol, and dried to obtain a polynuclear complex (H) (yield 0.075 g: yield 41%). When the interatomic distance between the transition metal atoms was determined by the above-described calculation method, at least one was 2.824 cm. In the above reaction formula, “(OAc) 2 ” indicates that 2 equivalents of acetate ions are present as a counter ion, and “MeOH” indicates that 2 equivalents of methanol molecules are contained. ing. Elemental analysis value (%): C 48 H 50 Fe 2 N 4 O 8 , calculated value: C, 62.49; H, 5.46; N, 6.07. Found: C, 59.93; H, 5.29; N, 5.70.

合成例9[多核錯体(I)の合成]
多核錯体(I)を以下の反応式(9)に従って合成した。
Synthesis Example 9 [Synthesis of polynuclear complex (I)]
The polynuclear complex (I) was synthesized according to the following reaction formula (9).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

なお、錯体の原料となる上記配位子は、合成例7で合成した配位子を用いた。窒素雰囲気下において、0.126gの配位子を含んだクロロホルム2ml溶液と0.089gの塩化マンガン4水和物を含んだエタノール6ml溶液を25mlのナスフラスコに入れ、80℃に加熱しながら3時間攪拌したところ、黄色固体が析出した。この、固体を濾取し、さらにクロロホルムとエタノールで洗浄、乾燥することで多核錯体(I)を得た(収量0.092g:収率%)。このものの遷移金属原子の原子間距離を前記計算方法によって求めたところ、少なくとも1つは、2.672Åであった。なお、上記反応式において、「Cl2」とは、2当量の塩化物イオンが対イオンとして存在することを示し、「2H2O」とは、2当量の水分子が含まれていることを示している。元素分析値(%):C4240Mn244として、計算値:C,59.66;H,4.77;N,6.63.実測値:C,58.26;H,4.58;N,6.33. In addition, the ligand synthesize | combined in the synthesis example 7 was used for the said ligand used as the raw material of a complex. In a nitrogen atmosphere, 2 ml of chloroform containing 0.126 g of ligand and 6 ml of ethanol containing 0.089 g of manganese chloride tetrahydrate were placed in a 25 ml eggplant flask and heated to 80 ° C. while heating. When stirred for a period of time, a yellow solid precipitated. The solid was collected by filtration, further washed with chloroform and ethanol, and dried to obtain a polynuclear complex (I) (yield 0.092 g: yield%). When the interatomic distance between the transition metal atoms was determined by the above calculation method, at least one was 2.672 Å. In the above reaction formula, “Cl 2 ” means that 2 equivalents of chloride ions are present as a counter ion, and “2H 2 O” means that 2 equivalents of water molecules are contained. Show. Elemental analysis (%): as C 42 H 40 Mn 2 N 4 O 4, calcd: C, 59.66; H, 4.77 ; N, 6.63. Found: C, 58.26; H, 4.58; N, 6.33.

合成例10[多核錯体(J)の合成]
多核錯体(J)を以下の反応式に従って合成した。

Figure 2008258150
Synthesis Example 10 [Synthesis of polynuclear complex (J)]
A polynuclear complex (J) was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2008258150

窒素雰囲気下において0.238gの塩化コバルト6水和物と0.192gの4―メチル−2,6−ジアセチルフェノールを含んだ5mlエタノール溶液を50mlのナスフラスコに入れ、室温にて攪拌した。この溶液に0.108gのo−フェニレンジアミンを含んだ10mlエタノール溶液を徐々に添加した。上記混合物を3時間還流することにより茶褐色沈殿が生成した。この沈殿を濾取し、乾燥することで多核錯体(J)を得た(収量0.129g:収率36%)。このものの遷移金属原子の原子間距離を前記計算方法によって求めたところ、少なくとも1つは、2.849Åであった。元素分析値(%):Calcd for C3434Cl2Co244;C,54.34;H,4.56;N,7.46.Found:C,53.57;H,4.49;N,7.00.なお、上記反応式において「Cl2」とは2当量の塩化物イオンが対イオンとしてあることを示し、「2H2O」とは、2当量の水分子が多核錯体(J)を構成する成分として含まれていることを示す。 Under a nitrogen atmosphere, a 5 ml ethanol solution containing 0.238 g of cobalt chloride hexahydrate and 0.192 g of 4-methyl-2,6-diacetylphenol was placed in a 50 ml eggplant flask and stirred at room temperature. To this solution was slowly added a 10 ml ethanol solution containing 0.108 g o-phenylenediamine. The mixture was refluxed for 3 hours to produce a brown precipitate. The precipitate was collected by filtration and dried to obtain a polynuclear complex (J) (yield 0.129 g: yield 36%). When the interatomic distance between the transition metal atoms was determined by the above calculation method, at least one was 2.849 cm. Elemental analysis (%): Calcd for C 34 H 34 Cl 2 Co 2 N 4 O 4; C, 54.34; H, 4.56; N, 7.46. Found: C, 53.57; H, 4.49; N, 7.00. In the above reaction formula, “Cl 2 ” indicates that 2 equivalents of chloride ions are used as a counter ion, and “2H 2 O” indicates that 2 equivalents of water molecules constitute the polynuclear complex (J). It is included as

合成例11[多核錯体(K)の合成]
多核錯体(K)を以下の反応式に従って合成した。

Figure 2008258150
Synthesis Example 11 [Synthesis of polynuclear complex (K)]
A polynuclear complex (K) was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2008258150

窒素雰囲気下において0.476gの塩化コバルト6水和物と0.328gの4―メチル−2,6−ジホルミルフェノールを含んだ25mlメタノール溶液を100mlのナスフラスコに入れ、室温にて攪拌した。この溶液に0.216gのo−フェニレンジアミンを含んだ5mlメタノール溶液を徐々に添加した。得られた混合物を室温で2時間攪拌することにより黒褐色沈殿が生成した。この沈殿を濾取し、乾燥することで多核錯体(K)を得た(収量0.368g:収率56%)。このものの遷移金属原子の原子間距離を前記計算方法によって求めたところ、少なくとも1つは、2.892Åであった。元素分析値(%):Calcd for C3026Cl2Co244;C,51.82;H,3.77;N,8.06.Found:C,52.41;H,3.95;N,8.20.なお、上記反応式において「Cl2」とは2当量の塩化物イオンが対イオンとしてあることを示し、「2H2O」とは、2当量の水分子が多核錯体(K)を構成する成分として含まれていることを示す。 Under a nitrogen atmosphere, a 25 ml methanol solution containing 0.476 g cobalt chloride hexahydrate and 0.328 g 4-methyl-2,6-diformylphenol was placed in a 100 ml eggplant flask and stirred at room temperature. To this solution was slowly added a 5 ml methanol solution containing 0.216 g o-phenylenediamine. The resulting mixture was stirred at room temperature for 2 hours to produce a black brown precipitate. The precipitate was collected by filtration and dried to obtain a polynuclear complex (K) (yield 0.368 g: yield 56%). When the interatomic distance between the transition metal atoms was determined by the above calculation method, at least one was 2.892 cm. Elemental analysis (%): Calcd for C 30 H 26 Cl 2 Co 2 N 4 O 4; C, 51.82; H, 3.77; N, 8.06. Found: C, 52.41; H, 3.95; N, 8.20. In the above reaction formula, “Cl 2 ” indicates that 2 equivalents of chloride ions are present as a counter ion, and “2H 2 O” indicates that 2 equivalents of water molecules constitute the polynuclear complex (K). It is included as

合成例12[多核錯体(L)の合成]
多核錯体(L)を以下の反応式に従って合成した。

Figure 2008258150
Synthesis Example 12 [Synthesis of polynuclear complex (L)]
A polynuclear complex (L) was synthesized according to the following reaction formula.
Figure 2008258150

窒素雰囲気下において0.476gの塩化コバルト6水和物と0.328gの4―メチル−2,6−ジホルミルフェノールを含んだ10mlメタノール溶液を50mlのナスフラスコに入れ、室温にて攪拌した。この溶液に0.228gのtrans―1、2―シクロヘキサンジアミンを含んだ5mlメタノール溶液を徐々に添加した。上記混合物を2時間還流することにより茶褐色沈殿が生成した。この沈殿を濾取し、乾燥することで多核錯体(M)を得た(収量0.141g:収率21%)。このものの遷移金属原子の原子間距離を前記計算方法によって求めたところ、少なくとも1つは、2.870Åであった。元素分析値(%):Calcd for C3038Cl2Co244;C,50.93;H,5.41;N,7.92.Found:C,49.60;H,5.47;N,8.04.なお、上記反応式において「Cl2」とは2当量の塩化物イオンが対イオンとしてあることを示し、「2H2O」とは、2当量の水分子が多核錯体(L)を構成する成分として含まれていることを示す。 Under a nitrogen atmosphere, a 10 ml methanol solution containing 0.476 g cobalt chloride hexahydrate and 0.328 g 4-methyl-2,6-diformylphenol was placed in a 50 ml eggplant flask and stirred at room temperature. To this solution was slowly added a 5 ml methanol solution containing 0.228 g of trans-1,2-cyclohexanediamine. The mixture was refluxed for 2 hours to produce a brown precipitate. The precipitate was collected by filtration and dried to obtain a polynuclear complex (M) (yield 0.141 g: yield 21%). When the interatomic distance between the transition metal atoms was determined by the above calculation method, at least one of the distances was 2.870cm. Elemental analysis (%): Calcd for C 30 H 38 Cl 2 Co 2 N 4 O 4; C, 50.93; H, 5.41; N, 7.92. Found: C, 49.60; H, 5.47; N, 8.04. In the above reaction formula, “Cl 2 ” indicates that 2 equivalents of chloride ions are present as counter ions, and “2H 2 O” indicates that 2 equivalents of water molecules constitute the polynuclear complex (L). It is included as

合成例13[多核錯体(M)の合成]
多核錯体(M)を以下の反応式に従って合成した。
Synthesis Example 13 [Synthesis of polynuclear complex (M)]
A polynuclear complex (M) was synthesized according to the following reaction formula.

[化合物(A)の合成]

Figure 2008258150
[Synthesis of Compound (A)]
Figure 2008258150

原料となる2,9-ビス(3’-ブロモ-5’-tert-ブチル-2’-メトキシフェニル)-1,10-フェナントロリンを文献Tetrahedron.,1999,55,8377記載の方法で合成した。アルゴン雰囲気下で、3.945gの2,9-ビス(3’-ブロモ-5’-tert-ブチル-2’-メトキシフェニル)-1,10-フェナントロリン、3.165gの1-N-Boc-ピロール-2-ボロン酸、0.138gのトリス(ベンジリデンアセトン)ジパラジウム、0.247gの2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,6’-ジメトキシビフェニル、5.527gのリン酸カリウムを200mLのジオキサンと20mLの水の混合溶媒に溶解し、60℃にて6時間攪拌した。反応終了後、放冷して蒸留水、クロロホルムを加えて、有機層を抽出した。得られた有機層を濃縮して、黒い残渣を得た。これを、シリカゲルカラムを用いて精製し、化合物(A)を得た。1H-NMR(300MHz,CDCl3)δ1.34(s,18H),1.37(s,18H),3.30(s,6H),6.21(m,2H),6.27(m,2H),7.37(m,2H),7.41(s,2H),7.82(s,2H),8.00(s,2H),8.19(d,J=8.6Hz,2H),8.27(d,J=8.6Hz,2H). The raw material 2,9-bis (3′-bromo-5′-tert-butyl-2′-methoxyphenyl) -1,10-phenanthroline was synthesized by the method described in the literature Tetrahedron., 1999, 55, 8377. 3.945 g 2,9-bis (3'-bromo-5'-tert-butyl-2'-methoxyphenyl) -1,10-phenanthroline, 3.165 g 1-N-Boc-pyrrole- under argon atmosphere 2-boronic acid, 0.138 g tris (benzylideneacetone) dipalladium, 0.247 g 2-dicyclohexylphosphino-2 ', 6'-dimethoxybiphenyl, 5.527 g potassium phosphate mixed with 200 mL dioxane and 20 mL water It melt | dissolved in the solvent and stirred at 60 degreeC for 6 hours. After completion of the reaction, the mixture was allowed to cool, distilled water and chloroform were added, and the organic layer was extracted. The resulting organic layer was concentrated to give a black residue. This was refine | purified using the silica gel column, and the compound (A) was obtained. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 1.34 (s, 18H), 1.37 (s, 18H), 3.30 (s, 6H), 6.21 (m, 2H), 6.27 (m, 2H), 7.37 (m , 2H), 7.41 (s, 2H), 7.82 (s, 2H), 8.00 (s, 2H), 8.19 (d, J = 8.6Hz, 2H), 8.27 (d, J = 8.6Hz, 2H).

[化合物(B)の合成]

Figure 2008258150
[Synthesis of Compound (B)]
Figure 2008258150

窒素雰囲気下で0.904gの化合物(A)を10mLの無水ジクロロメタンに溶解させる。ジクロロメタン溶液を-78℃に冷却しながら、8.8mLの三臭化ホウ素(1.0Mジクロロメタン溶液)をゆっくり滴下した。滴下後、10分間そのまま攪拌させた後、室温まで攪拌させながら放置した。3時間後、反応溶液を0℃まで冷却させ、飽和NaHCO3水溶液を加えたのち、クロロホルムを加えて抽出し、有機層を濃縮した。得られた褐色の残渣を、シリカゲルカラムで精製し、化合物(B)を得た。1H-NMR(300MHz,CDCl3)δ1.40(s,18H),6.25(m,2H),6.44(m,2H),6.74(m,2H),7.84(s,2H),7.89(s,2H),7.92(s,2H),8.35(d,J=8.4Hz,2H),8.46(d,J=8.4Hz,2H),10.61(s,2H),15.88(s,2H). Under a nitrogen atmosphere, 0.904 g of compound (A) is dissolved in 10 mL of anhydrous dichloromethane. While cooling the dichloromethane solution to −78 ° C., 8.8 mL of boron tribromide (1.0 M dichloromethane solution) was slowly added dropwise. After dropping, the mixture was allowed to stir for 10 minutes and then allowed to stand while stirring to room temperature. After 3 hours, the reaction solution was cooled to 0 ° C., saturated aqueous NaHCO 3 solution was added, chloroform was added for extraction, and the organic layer was concentrated. The resulting brown residue was purified with a silica gel column to obtain compound (B). 1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 ) δ 1.40 (s, 18H), 6.25 (m, 2H), 6.44 (m, 2H), 6.74 (m, 2H), 7.84 (s, 2H), 7.89 (s , 2H), 7.92 (s, 2H), 8.35 (d, J = 8.4Hz, 2H), 8.46 (d, J = 8.4Hz, 2H), 10.61 (s, 2H), 15.88 (s, 2H).

上記得られた化合物(B)に対して2モル当量の酢酸コバルトを加え、メタノール中で攪拌することで多核錯体(M)を調製した。このものの遷移金属原子の原子間距離を前記計算方法によって求めたところ、少なくとも1つは、2.881Åであった。   2 mol equivalent cobalt acetate was added with respect to the obtained compound (B), and the polynuclear complex (M) was prepared by stirring in methanol. When the interatomic distance between the transition metal atoms was determined by the above calculation method, at least one was 2.881 cm.

合成例14[多核錯体(N)の合成]
多核錯体(N)を以下の反応式に従って合成した。
Synthesis Example 14 [Synthesis of polynuclear complex (N)]
A polynuclear complex (N) was synthesized according to the following reaction formula.

Figure 2008258150
Figure 2008258150

なお、錯体の原料となる上記配位子は、合成例7で合成した配位子を用いた。窒素雰囲気下において、0.200gの配位子と0.250gの酢酸ニッケル4水和物を含んだエタノール30ml溶液を50mLのナスフラスコに100℃に加熱しながら2時間攪拌したところ、橙色固体が析出した。この固体を濾取し、エタノールとジエチルエーテルで洗浄、乾燥することで多核錯体(N)を得た(収量0.276g:収率81%)。このものの遷移金属原子の原子間距離を前記計算方法によって求めたところ、少なくとも1つは、2.804Åであった。なお、上記反応式において、「(OAc)」とは、2当量の酢酸イオンが対イオンとして存在していることを示している。元素分析値(%):C4642Niとして、計算値:C,63.93;H,4.90;N,6.07.実測値:C,63.22;H,5.02;N,6.43. In addition, the ligand synthesize | combined in the synthesis example 7 was used for the said ligand used as the raw material of a complex. In a nitrogen atmosphere, an ethanol 30 ml solution containing 0.200 g of ligand and 0.250 g of nickel acetate tetrahydrate was stirred in a 50 mL eggplant flask while heating to 100 ° C. for 2 hours. Precipitated. The solid was collected by filtration, washed with ethanol and diethyl ether, and dried to obtain a polynuclear complex (N) (yield 0.276 g: yield 81%). When the interatomic distance between the transition metal atoms was determined by the above calculation method, at least one of the distances was 2.804 cm. In the above reaction formula, “(OAc) 2 ” indicates that 2 equivalents of acetate ion is present as a counter ion. Elemental analysis (%): as C 46 H 42 N 4 Ni 2 O 6, Calculated: C, 63.93; H, 4.90 ; N, 6.07. Found: C, 63.22; H, 5.02; N, 6.43.

合成例15[多核錯体(O)の合成]
多核錯体(O)を以下の反応式に従って合成した。
Synthesis Example 15 [Synthesis of polynuclear complex (O)]
A polynuclear complex (O) was synthesized according to the following reaction formula.

Figure 2008258150
Figure 2008258150

多核錯体の原料となるNi錯体は、Z.Anorg.Allg.Chem.,626,1934(2000).に記載の方法に従い合成した。窒素雰囲気下において、0.200gのNi錯体と0.080gの塩化鉄4水和物を含んだメタノール10ml溶液を50mLのナスフラスコに80℃に加熱しながら2時間攪拌した。室温まで冷却した後、0.090gの1,2―フェニレンジアミンを含んだ5mlのメタノール溶液を攪拌しながら加え、さらに80℃に加熱しながら2時間攪拌したところ、橙色固体が得られた。この固体を濾取し、ジエチルエーテルで洗浄、乾燥することで多核錯体(O)を得た(収量0.127g:収率46%)。このものの遷移金属原子の原子間距離を前記計算方法によって求めたところ、少なくとも1つは、2.877Åであった。なお、上記反応式において、「(Cl)」とは、2当量の酢酸イオンが対イオンとして存在していることを示している。「H2O」とは、1当量の水分子が含まれていることを示している。元素分析値(%):C3636ClFeNNiOとして、計算値:C,57.03;H,4.79;N,7.39.実測値:C,56.84;H,4.97;N,7.25. Ni complexes used as raw materials for polynuclear complexes are described in Z. Anorg. Allg. Chem., 626, 1934 (2000). Was synthesized according to the method described in 1. Under a nitrogen atmosphere, a methanol 10 ml solution containing 0.200 g of Ni complex and 0.080 g of iron chloride tetrahydrate was stirred for 2 hours while heating to 80 ° C. in a 50 mL eggplant flask. After cooling to room temperature, 5 ml of a methanol solution containing 0.090 g of 1,2-phenylenediamine was added with stirring, and the mixture was further stirred for 2 hours while being heated to 80 ° C. As a result, an orange solid was obtained. This solid was collected by filtration, washed with diethyl ether and dried to obtain a polynuclear complex (O) (yield 0.127 g: yield 46%). When the interatomic distance between the transition metal atoms was determined by the above calculation method, at least one of the distances was 2.877 mm. In the above reaction formula, “(Cl) 2 ” indicates that 2 equivalents of acetate ion is present as a counter ion. “H 2 O” indicates that one equivalent of water molecules is contained. Elemental analysis (%): Calculated as C 36 H 36 Cl 2 FeN 4 NiO 3 : C, 57.03; H, 4.79; N, 7.39. Found: C, 56.84; H, 4.97; N, 7.25.

合成例16[単核錯体(P)の合成]
以下の反応式に示される単核錯体(P)を、文献TatsuhiroOkada,et.al.ElectrochimicaActa,45,4419(2000)記載の方法を参考に合成した。
Synthesis Example 16 [Synthesis of Mononuclear Complex (P)]
The mononuclear complex (P) shown in the following reaction formula is described in the document Tatsuhiro Okada, et. al. It was synthesized with reference to the method described in Electrochimica Acta, 45, 4419 (2000).

Figure 2008258150
Figure 2008258150

実施例1(酸素還元能の評価)
[電極触媒の調製]
多核錯体(A)とカーボン担体(ケッチェンブラックEC300J、ライオン)を1:4の重量比で混合し、該混合物を、エタノール中、室温にて攪拌後、室温にて1.5Torrの減圧下で12時間乾燥することで、電極触媒を調製した。
[電極の作製]
電極には、ディスク部がグラッシーカーボン(6.0mmφ)、リング部がPt(リング内径7.3mm、リング外径9.3mm)とするリングディスク電極を用いた。前記電極触媒1mgを入れたサンプル瓶へ、メタノールで1/50に希釈したスルホン酸基を有する全フッ素化イオノマー溶液(Aldrich社製、5質量%ナフィオン溶液)0.5mlを加えた後、超音波で分散処理を行った。得られた懸濁液10μLを上記電極のディスク部に滴下した後、室温にて30分間乾燥することにより、測定用電極を得た。
[回転リングディスク電極による酸素還元能の評価]
前記で作製した電極を回転させることにより、その時の酸素還元反応の電流値を評価した。測定は室温において窒素雰囲気下および酸素雰囲気下で行い、酸素雰囲気下での測定で得られた電流値から、窒素雰囲気下での測定で得られた電流値を引いた値を酸素還元の電流値とした。測定装置および測定条件は、以下の通りである。
Example 1 (Evaluation of oxygen reduction ability)
[Preparation of electrode catalyst]
The polynuclear complex (A) and the carbon support (Ketjen Black EC300J, Lion) were mixed at a weight ratio of 1: 4, and the mixture was stirred in ethanol at room temperature and then at a reduced pressure of 1.5 Torr at room temperature. The electrode catalyst was prepared by drying for 12 hours.
[Production of electrodes]
As the electrode, a ring disk electrode in which the disk part is glassy carbon (6.0 mmφ) and the ring part is Pt (ring inner diameter 7.3 mm, ring outer diameter 9.3 mm) was used. After adding 0.5 ml of a fluorinated ionomer solution having a sulfonic acid group diluted to 1/50 with methanol (Aldrich, 5% by mass Nafion solution) to a sample bottle containing 1 mg of the electrode catalyst, ultrasonic waves were added. And distributed processing. 10 μL of the obtained suspension was dropped on the disk part of the electrode, and then dried at room temperature for 30 minutes to obtain a measurement electrode.
[Evaluation of oxygen reduction ability by rotating ring disk electrode]
By rotating the electrode produced above, the current value of the oxygen reduction reaction at that time was evaluated. The measurement is performed at room temperature in a nitrogen atmosphere and an oxygen atmosphere, and the current value obtained by measurement in the nitrogen atmosphere is subtracted from the current value obtained in the measurement in the oxygen atmosphere. It was. The measurement apparatus and measurement conditions are as follows.

測定装置
回転リングディスク電極装置:日厚計測RRDE−1
デュアルポテンシオガルバノスタット:日厚計測モデルDPGS−1
ファンクションジェネレーター:東方技研モデルFG−02
測定条件
試験溶液:0.05mol/L硫酸水溶液
参照電極:可逆水素電極(RHE)
カウンター電極:白金ワイヤー
ディスク電位の掃引速度:5mV/s
リング電位:1.4V vs RHE
電極回転速度:600rpm
Measuring device Rotating ring disk electrode device: Day thickness measurement RRDE-1
Dual potentio galvanostat: thickness measurement model DPGS-1
Function generator: Toho Giken model FG-02
Measurement conditions Test solution: 0.05 mol / L sulfuric acid aqueous solution Reference electrode: Reversible hydrogen electrode (RHE)
Counter electrode: Platinum wire Disk potential sweep speed: 5 mV / s
Ring potential: 1.4V vs RHE
Electrode rotation speed: 600 rpm

測定から得られるディスク電流とリング電流の各値を用いて、上記電極触媒による酸素の4電子還元率を求めた。4電子還元率(%HO)は、次式に基づいて計算した。 Using the values of the disk current and ring current obtained from the measurement, the 4-electron reduction rate of oxygen by the electrode catalyst was determined. The 4-electron reduction rate (% H 2 O) was calculated based on the following formula.

Figure 2008258150
Figure 2008258150

ここで、iDは、ディスク電流、iRはリング電流を表し、Nr/dはリング電極におけるディスク反応生成物の補足率を表す。補足率は、[Fe(CN)63-/4-の酸化還元系を用いて測定し、実施例に用いた電極においては0.38であった。
上記捕捉率を用いることにより、前記電極触媒による酸素の4電子還元率を求めた。酸素の4電子還元率と、質量活性を表1に示す。ここで質量活性とは、可逆水素電極に対して0.6Vの電位における電流密度を、電極単位面積あたりの金属担持量で除した値である。
Here, i D represents the disk current, i R represents the ring current, and N r / d represents the capture rate of the disk reaction product at the ring electrode. The complementation rate was measured using a redox system of [Fe (CN) 6 ] 3- / 4- and was 0.38 for the electrodes used in the examples.
By using the capture rate, the 4-electron reduction rate of oxygen by the electrode catalyst was determined. Table 1 shows the 4-electron reduction rate and mass activity of oxygen. Here, the mass activity is a value obtained by dividing the current density at a potential of 0.6 V with respect to the reversible hydrogen electrode by the amount of metal supported per electrode unit area.

上記操作の多核錯体(A)を、多核錯体(B)、多核錯体(C)、多核錯体(D)、多核錯体(E)、および多核錯体(F)に変更した以外は全く同様して電極を作製し、酸素還元能の評価を行った。結果を表1に示す。   The electrode was exactly the same except that the polynuclear complex (A) in the above operation was changed to a polynuclear complex (B), a polynuclear complex (C), a polynuclear complex (D), a polynuclear complex (E), and a polynuclear complex (F). The oxygen reduction ability was evaluated. The results are shown in Table 1.

比較例1
単核錯体(P)とグラファイトパウダー(和光純薬;45μm)を1:4の重量比でエタノール中で混合後、真空乾燥することで電極触媒を得た。該電極触媒を実施例1に記載の方法に従い評価を行った。結果を表1に示す。
Comparative Example 1
A mononuclear complex (P) and graphite powder (Wako Pure Chemicals; 45 μm) were mixed in ethanol at a weight ratio of 1: 4 and then vacuum dried to obtain an electrode catalyst. The electrode catalyst was evaluated according to the method described in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 2008258150
Figure 2008258150

実施例2(酸素還元能の評価)
[電極触媒の調製]
多核錯体(A)とカーボン担体(ケッチェンブラックEC300J、ライオン)を1:4の重量比で混合し、該混合物を、エタノール中、室温にて15分間攪拌後、室温にて1.5Torrの減圧下で12時間乾燥した。前記処理した混合物を管状炉を用いて200ml/minの窒素気流下において、目的温度において2時間熱処理を行うことで、電極触媒を調製し、該電極触媒を実施例1に記載の方法に従い評価を行った。熱処理温度および評価結果を表2に示す。
Example 2 (Evaluation of oxygen reduction ability)
[Preparation of electrode catalyst]
The polynuclear complex (A) and the carbon support (Ketjen Black EC300J, Lion) were mixed at a weight ratio of 1: 4, and the mixture was stirred in ethanol at room temperature for 15 minutes and then decompressed at 1.5 Torr at room temperature. Dry under 12 hours. The treated mixture was heat-treated at a target temperature for 2 hours under a nitrogen stream of 200 ml / min using a tubular furnace to prepare an electrode catalyst, and the electrode catalyst was evaluated according to the method described in Example 1. went. Table 2 shows the heat treatment temperature and the evaluation results.

上記操作において、多核錯体(A)を、それぞれ多核錯体(B)、多核錯体(G)、多核錯体(H)、多核錯体(I)、多核錯体(J)、多核錯体(K)、多核錯体(L)、多核錯体(M)に変更した以外は全く同様にして、電極触媒を調製し、酸素還元能の評価を行った。なお、熱処理時の温度は表2に記載の通りである。   In the above operation, the polynuclear complex (A) is converted into a polynuclear complex (B), a polynuclear complex (G), a polynuclear complex (H), a polynuclear complex (I), a polynuclear complex (J), a polynuclear complex (K), a polynuclear complex, respectively. (L) The electrode catalyst was prepared in the same manner except that the polynuclear complex (M) was changed, and the oxygen reduction ability was evaluated. The temperature during the heat treatment is as shown in Table 2.

比較例2
単核錯体(P)とグラファイトパウダー(和光純薬社製;粒径45μm)を1:4の重量比で混合し、該混合物を管状炉を用いて窒素気流下において、2時間熱処理を行った。該熱処理物の酸素還元能を上記記載の方法に従い評価を行った。
Comparative Example 2
Mononuclear complex (P) and graphite powder (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd .; particle size 45 μm) were mixed at a weight ratio of 1: 4, and the mixture was heat-treated for 2 hours in a nitrogen stream using a tubular furnace. . The oxygen reduction ability of the heat-treated product was evaluated according to the method described above.

Figure 2008258150
Figure 2008258150

実施例3(水素酸化能の評価)
[電極触媒の調製]
多核錯体(N)とカーボン担体(ケッチェンブラックEC300J、ライオン社製)を1:4の質量比で混合し電極触媒を調製した。また、前記混合物の一部を管状炉にて200ml/minの窒素気流下において、2時間の熱処理を行った。熱処理温度は表3に記載のとおりである。
[電極の作製]
電極には、ディスク部がグラッシーカーボン(6.0mmφ)、リング部がPt(リング内径7.3mm、リング外径9.3mm)とするリングディスク電極を用いた。電極触媒1mgを入れたサンプル瓶へ、メタノールで1/50に希釈したスルホン酸基を有する全フッ素化イオノマー溶液(Aldrich社製、5質量%ナフィオン溶液)を0.5ml加えた後、超音波で分散処理を行った。得られた懸濁液10μLを上記電極のディスク部に適下した後、室温にて30分間乾燥することにより、測定用電極を得た。
[回転リングディスク電極による水素酸化能評価]
測定は室温において窒素雰囲気下および水素雰囲気下で行い、0.1Vにおける水素雰囲気下での測定によって得られた電流値から窒素雰囲気下での測定によって得られた電流値を引いた値を水素酸化の電流値とした。装置および測定条件は、以下のとおりである。結果を表3に示す。ここで質量活性とは、可逆水素電極に対して0.1Vの電位における前記電流値を電極面積で除した後、電極単位面積あたりの金属担持量で除した値である。表3中のハイフン(―)は、熱処理を行っていないことを示す。
Example 3 (Evaluation of hydrogen oxidation ability)
[Preparation of electrode catalyst]
A polynuclear complex (N) and a carbon support (Ketjen Black EC300J, manufactured by Lion Corporation) were mixed at a mass ratio of 1: 4 to prepare an electrode catalyst. A part of the mixture was heat-treated for 2 hours in a tube furnace under a nitrogen stream of 200 ml / min. The heat treatment temperature is as shown in Table 3.
[Production of electrodes]
As the electrode, a ring disk electrode in which the disk part is glassy carbon (6.0 mmφ) and the ring part is Pt (ring inner diameter 7.3 mm, ring outer diameter 9.3 mm) was used. 0.5 ml of a fully fluorinated ionomer solution having a sulfonic acid group diluted to 1/50 with methanol (Aldrich, 5% by mass Nafion solution) was added to a sample bottle containing 1 mg of an electrode catalyst, followed by ultrasonication. Distributed processing was performed. After applying 10 μL of the obtained suspension to the disk part of the electrode, the electrode for measurement was obtained by drying at room temperature for 30 minutes.
[Evaluation of hydrogen oxidation ability by rotating ring disk electrode]
Measurement is performed at room temperature in a nitrogen atmosphere and a hydrogen atmosphere, and a value obtained by subtracting a current value obtained by measurement in a nitrogen atmosphere from a current value obtained by measurement in a hydrogen atmosphere at 0.1 V is subjected to hydrogen oxidation. Current value. The apparatus and measurement conditions are as follows. The results are shown in Table 3. Here, the mass activity is a value obtained by dividing the current value at a potential of 0.1 V with respect to the reversible hydrogen electrode by the electrode area and then dividing by the amount of metal supported per electrode unit area. A hyphen (-) in Table 3 indicates that no heat treatment was performed.

測定装置
回転リングディスク電極装置:日厚計測RRDE−1
デュアルポテンシオガルバノスタット:日厚計測DPGS−1
ファンクションジェネレーター:東方技研モデルFG−02
測定方法
リニアスウィ−プボルタンメトリー
測定条件
試験溶液:0.10mol/L過塩素酸水溶液
参照電極:可逆水素電極(RHE)
カウンター電極:白金ワイヤー
ディスク電位の掃引速度:5mV/s
Measuring device Rotating ring disk electrode device: Day thickness measurement RRDE-1
Dual Potentiogalvanostat: Day thickness measurement DPGS-1
Function generator: Toho Giken model FG-02
Measurement method Linear sweep voltammetry Measurement conditions Test solution: 0.10 mol / L perchloric acid aqueous solution Reference electrode: Reversible hydrogen electrode (RHE)
Counter electrode: Platinum wire Disk potential sweep speed: 5 mV / s

Figure 2008258150
Figure 2008258150

実施例4(水素酸化能の評価)
実施例3の多核錯体(N)を多核錯体(B)、多核錯体(G)、多核錯体(M)、多核錯体(O)に変更し、水素酸化能の評価を行った。熱処理時の温度は表4に記載の通りである。結果を表4に示す。なお、本測定はディスク電極を300rpmで回転させて行った。
Example 4 (Evaluation of hydrogen oxidation ability)
The polynuclear complex (N) of Example 3 was changed to a polynuclear complex (B), a polynuclear complex (G), a polynuclear complex (M), and a polynuclear complex (O), and the hydrogen oxidation ability was evaluated. The temperature during the heat treatment is as shown in Table 4. The results are shown in Table 4. This measurement was performed by rotating the disk electrode at 300 rpm.

Figure 2008258150
Figure 2008258150

Claims (9)

分子内に5〜15個の配位原子を有する配位子を2〜4個の遷移金属原子に配位してなる多核錯体を用いてなる燃料電池用電極触媒。   An electrode catalyst for a fuel cell using a polynuclear complex in which a ligand having 5 to 15 coordination atoms in a molecule is coordinated to 2 to 4 transition metal atoms. 前記多核錯体の遷移金属原子が、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル及び銅からなる群より選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池用電極触媒。   2. The fuel cell electrode catalyst according to claim 1, wherein the transition metal atom of the polynuclear complex is at least one selected from the group consisting of vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, and copper. 前記多核錯体の配位原子が、窒素原子および酸素原子から選ばれる1種以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の燃料電池用電極触媒。   3. The fuel cell electrode catalyst according to claim 1, wherein the coordinating atom of the polynuclear complex is at least one selected from a nitrogen atom and an oxygen atom. 4. 前記多核錯体の遷移金属原子がアルコキシドもしくはフェノキシドの酸素原子によって架橋されていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の燃料電池用電極触媒。   The fuel cell electrode catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the transition metal atom of the polynuclear complex is bridged by an oxygen atom of an alkoxide or phenoxide. 前記多核錯体において、任意に選ばれる遷移金属原子の原子間距離の少なくとも1つが、3.6Å以下であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の燃料電池用電極触媒。   5. The fuel cell electrode catalyst according to claim 1, wherein in the polynuclear complex, at least one of the interatomic distances of transition metal atoms arbitrarily selected is 3.6 cm or less. 前記配位子が、下記一般式(I)又は一般式(II)で示される配位子であることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の燃料電池用電極触媒。
Figure 2008258150
(式中、Q1およびQ2は、それぞれ少なくとも2つのC=N結合を有する2価の有機基
であり、T1は、少なくとも1つのC=N結合を有する1価の有機基であり、R1および
2はそれぞれ独立に、水素原子または置換基であり、2つのR1またはR2は、互いに連結していてもよく、複数のR1およびR2は、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。複数のQ1は同一でも異なっていてもよい、複数のT1は同一でも異なっていてもよい。)
The said ligand is a ligand shown by the following general formula (I) or general formula (II), The electrode catalyst for fuel cells in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
Figure 2008258150
(Wherein Q 1 and Q 2 are each a divalent organic group having at least two C═N bonds, and T 1 is a monovalent organic group having at least one C═N bond, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a substituent, two R 1 or R 2 may be linked to each other, and a plurality of R 1 and R 2 are the same as each other The plurality of Q 1 may be the same or different, and the plurality of T 1 may be the same or different.)
請求項1〜6の何れかに記載の多核錯体を250℃以上1500℃以下の温度にて加熱することにより得られる燃料電池用電極触媒。   The electrode catalyst for fuel cells obtained by heating the polynuclear complex in any one of Claims 1-6 at the temperature of 250 degreeC or more and 1500 degrees C or less. 請求項1〜6の何れかに記載の多核錯体と、カーボン担体及び/又は導電性高分子とを含む多核錯体混合物からなる燃料電池用電極触媒。   A fuel cell electrode catalyst comprising a multinuclear complex mixture comprising the multinuclear complex according to any one of claims 1 to 6 and a carbon support and / or a conductive polymer. 請求項1〜6の何れかに記載の多核錯体と、カーボン担体及び/又は導電性高分子とを含む多核錯体混合物を250℃以上1500℃以下の温度にて加熱することにより得られる燃料電池用電極触媒。   7. A fuel cell obtained by heating a polynuclear complex mixture containing the polynuclear complex according to claim 1 and a carbon support and / or a conductive polymer at a temperature of 250 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower. Electrocatalyst.
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