JP2011044299A - Method of manufacturing electrode material for fuel cell - Google Patents

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雄一郎 濱
Kokichi Doi
孝吉 土井
Masaru Hori
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Mineo Hiramatsu
美根男 平松
Hiroyuki Kano
浩之 加納
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of carrying out surface adjustment by uniformly introducing a defect in a catalyst carrying body face made of a carbon plate with high crystallinity, and of making a failure part on a surface of this surface-adjusted plate-shape carrying body uniformly carry metal catalyst particles when fabricating a plate electrode material of a fuel cell. <P>SOLUTION: By irradiating a plasma gas 13G on the surface of the catalyst carrying plate W with high crystallinity, lattice failure is uniformly introduced into the face of the catalyst carrying plate W, and by reacting the catalyst carrying plate W in which the lattice failure is introduced, a material in which an organic metal compound (including metal molecule to become conductive metal catalyst) is dissolved in an organic solvent, and the material dissolved in an supercritical CO<SB>2</SB>, the conductive metal catalyst particles are carried by the catalyst carrying body W. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池用電極材、代表的には触媒層(触媒電極)に用いられる材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a material used for a fuel cell electrode material, typically a catalyst layer (catalyst electrode).

燃料電池用電極材として代表的なものに、触媒層(触媒電極)のものがある。触媒層は、炭素粒子上に金属触媒粒子を担持させたものを用いて作製するばかりでなく、炭素板(例えば、グラフェンシート)からなる触媒担持体に、金属触媒粒子(以下、代表的に「白金粒子」という)を担持させ、触媒層(触媒電極)の材料を作製したいとの要請がある。
かかる場合、触媒能力を好適なものとするために、炭素板に白金粒子を均一かつ密に、できるだけ多くの個数の白金粒子を担持させることが好ましい。
そして、炭素板上に担持される多数の白金粒子の比表面積をできるだけ大きくして、炭素板に、今までのミクロンオーダーの白金粒子よりも小さいナノオーダーサイズの白金粒子を担持させることが好ましい。
A typical fuel cell electrode material is a catalyst layer (catalyst electrode). The catalyst layer is produced not only by using a metal catalyst particle supported on carbon particles, but also on a catalyst carrier comprising a carbon plate (for example, a graphene sheet). There is a demand to produce a material for a catalyst layer (catalyst electrode) by supporting a platinum particle).
In such a case, it is preferable to support as many platinum particles as possible on the carbon plate in a uniform and dense manner in order to make the catalyst capacity suitable.
And it is preferable to make the specific surface area of many platinum particles carry | supported on a carbon plate as large as possible, and to carry | support the platinum particle of nano order size smaller than the platinum particle of the micron order until now on a carbon plate.

しかし、炭素板に格子欠損(格子欠陥あるいは単に欠損ともいう)が不均一に存在すると、その格子欠損を担持サイトとして優先的に白金粒子が担持し、炭素板面に対し均一な白金粒子の担持状態を形成することができない。
このことから、炭素板にナノオーダーサイズの白金粒子を均一に担持するには、結晶性の高い(例えば、格子欠損フリーの単結晶からなる)炭素板を準備し、その炭素板の面に白金を均一に担持させるために、意図的に格子欠損を、白金粒子の担持サイトとして、白金粒子を炭素板の面全体に均一に形成するのがよい。そのためには、炭素板の表面調整が必要となる。
However, if lattice defects (also referred to as lattice defects or simply defects) exist on the carbon plate non-uniformly, platinum particles are preferentially supported by the lattice defects as a supporting site, and the platinum particles are uniformly supported on the carbon plate surface. The state cannot be formed.
Therefore, in order to uniformly support nano-order sized platinum particles on a carbon plate, a carbon plate with high crystallinity (for example, made of a single crystal free of lattice defects) is prepared, and platinum is provided on the surface of the carbon plate. In order to uniformly support the carbon particles, it is preferable to form the platinum particles uniformly over the entire surface of the carbon plate by intentionally using lattice defects as platinum particle support sites. For this purpose, it is necessary to adjust the surface of the carbon plate.

すなわち、炭素板の面が結晶性の高いフラットであるものを準備し、ナノオーダーサイズの白金粒子を担持させる炭素板の面に、均一なナノオーダーサイズの凹部を格子欠損させて形成する、炭素板の面を表面調整する方法が必要となる。   In other words, a carbon plate having a flat surface with high crystallinity is prepared, and a carbon plate that supports nano-order sized platinum particles is formed on the surface of a carbon plate that is formed by lattice-deficient recesses having a uniform nano-order size. A method for adjusting the surface of the plate is required.

例えば、かかる結晶性の高い炭素板に対するナノオーダーの表面調整方法として、特許文献1には、硝酸、硫酸等の強酸によって、カーボンナノチューブの表面に格子欠損を作製する方法が示されている。   For example, as a nano-order surface adjustment method for such a highly crystalline carbon plate, Patent Document 1 discloses a method of creating lattice defects on the surface of carbon nanotubes using a strong acid such as nitric acid or sulfuric acid.

特開2006−334527号公報JP 2006-334527 A

しかしながら、結晶性が高い材料に、湿式エッチングを強酸(湿式酸処理)によって表面調整を行っても、格子欠損が均一に生じにくいことが分かっている。また、格子欠損を生じ易くするためにpHを下げるために、より強酸を用いると、格子欠損というよりはミクロンオーダーの凹部が創出されてしまい、ナノオーダーの欠損部を均一に導入することが難しくなる。   However, it has been found that even when wet etching is subjected to surface adjustment with a strong acid (wet acid treatment) on a material having high crystallinity, lattice defects are hardly generated uniformly. Also, if a stronger acid is used to lower the pH in order to facilitate the generation of lattice defects, recesses on the order of microns will be created rather than lattice defects, making it difficult to uniformly introduce defects on the order of nanometers. Become.

本発明は、斯かる実情に鑑み、燃料電池の電極材(代表的には触媒層用電極材)を作製するに当たり、結晶性が高くかつ基本的にフラットな面を有する、炭素板(代表的にはグラフェンシート)を準備する。そして、この炭素板の面に、欠損部を均一に導入して(ダメージを与え)表面調整を行い、さらに、この表面調整された板状担持体の表面の欠損部を担持サイトとし、金属触媒粒子を均一に担持させる好適な方法を提供することを目的とする。   In view of such circumstances, the present invention provides a carbon plate (typical) having a high crystallinity and a basically flat surface when producing an electrode material for fuel cells (typically an electrode material for a catalyst layer). Prepare a graphene sheet. Then, the defects are uniformly introduced (damaged) on the surface of the carbon plate to adjust the surface, and the defects on the surface of the surface-adjusted plate-shaped carrier are used as supporting sites to form a metal catalyst. An object is to provide a suitable method for uniformly supporting particles.

(発明の態様)
以下、発明の態様を示し、それらについて説明する。なお、(1)項から(5)項が、請求項1から請求項5に対応する。
(1) 結晶性の高いフラットな触媒担持板を準備する工程と、前記触媒担持板の表面に対しプラズマ照射を行い前記触媒担持板の面に格子欠損を均一に導入する工程と、該格子欠損が導入された前記触媒担持板と、有機金属化合物(導電性金属触媒となる金属分子を含む)を有機溶媒に溶解したものと、超臨界COと、を反応させる工程とを含むことを特徴とする導電性金属触媒粒子を前記触媒担持体に担持させ触媒電極材を製造する方法。
(Aspect of the Invention)
Hereinafter, embodiments of the invention will be shown and described. The items (1) to (5) correspond to the claims 1 to 5.
(1) preparing a flat catalyst-carrying plate having high crystallinity, irradiating plasma on the surface of the catalyst-carrying plate, and introducing lattice defects uniformly on the surface of the catalyst-carrying plate; Comprising the step of reacting the catalyst-carrying plate into which is introduced, an organic metal compound (including a metal molecule serving as a conductive metal catalyst) dissolved in an organic solvent, and supercritical CO 2. A method for producing a catalyst electrode material by supporting the conductive metal catalyst particles on the catalyst carrier.

本項の結晶性の高い触媒担持板は、基本的に単結晶からなるものが好ましく、また燃料電池の電極材料であるため導電性が必要である。代表的には、グラフェンシートに代表される炭素板又はグラファイト板であり、フラットであることが好ましい。   The catalyst support plate having high crystallinity described in this section is preferably basically composed of a single crystal, and also needs conductivity because it is an electrode material for a fuel cell. Typically, it is a carbon plate or a graphite plate typified by a graphene sheet, and is preferably flat.

また、プラズマ照射は、後述のいわゆる平行平板型容量結合プラズマ発生機構を備えたプラズマ処理装置によることが好ましい。すなわち、当該装置によれば、高真空中でプラズマガスが導入されて、二枚の平行に対向する電極板に高電圧を印加する。そして、プラズマガスを触媒担持板の表面に叩きつけ、ダメージを与えて、格子欠損(格子欠陥)を造り、触媒担持板にナノオーダーの凹部(担持サイト)を均一に作製する。特にグラフェンシート代表される炭素板又はグラファイト板は、フラット面を有するので、同装置のサセプタ面に密着して固定可能であり、同装置はこれらの板材をプラズマ処理するのに好適である。   The plasma irradiation is preferably performed by a plasma processing apparatus provided with a so-called parallel plate capacitively coupled plasma generation mechanism described later. That is, according to the apparatus, a plasma gas is introduced in a high vacuum, and a high voltage is applied to two parallel electrode plates. Then, the plasma gas is struck against the surface of the catalyst support plate to cause damage to create lattice defects (lattice defects), and nano-order concave portions (support sites) are uniformly formed on the catalyst support plate. In particular, since a carbon plate or a graphite plate represented by a graphene sheet has a flat surface, it can be fixed in close contact with the susceptor surface of the apparatus, and the apparatus is suitable for plasma treatment of these plate materials.

一方、超臨界CO処理は、以下のような理由により導入された。燃料電池に代表的に使用される白金触媒は、地球上に埋蔵量が少なく、価格が高いため、例えば燃料電池自動車の燃料電池用に大衆に普及させるのにはコスト上の問題がある。そのため、高効率化、低コスト化を実現する必要がある。その方策として、担持される白金の有効面積が大きいことが望まれる。より具体的には白金触媒の触媒有効面積を大きくすべく、白金を微細化しかつ担持量を大きくし、白金の比表面積を大きくする要請がある。 On the other hand, the supercritical CO 2 treatment was introduced for the following reasons. Platinum catalysts typically used in fuel cells have low reserves on the earth and are expensive, so there is a problem in cost to disseminate them to the public, for example, for fuel cells in fuel cell vehicles. Therefore, it is necessary to realize high efficiency and low cost. As a measure for this, it is desired that the effective area of the supported platinum is large. More specifically, in order to increase the effective catalytic area of the platinum catalyst, there is a demand for increasing the specific surface area of platinum by making the platinum finer and increasing the supported amount.

しかし、上述のような方法で表面調整された結晶性の高いカーボンからなる触媒担持用基材は、結晶性が高いと撥水性を呈することが知られている。そのため、従来の液相白金担持法では、触媒担持用基材全体に均一に、かつ、より多く白金粒子を担持することができなかった。
そこで、担持時に使用される反応溶媒として超臨界流体の利用に至った。一般に、超臨界流体は液体のように物質を溶解し、かつ、気体のように狭い隙間や微小な凹凸部に入り込む性質を持っている。特に、超臨界COは毒性や反応性が低くかつ不燃性であり、臨界点が低く、その取り扱いが容易である。
However, it is known that a catalyst-supporting base material made of carbon having a high crystallinity whose surface has been adjusted by the above-described method exhibits water repellency when the crystallinity is high. Therefore, in the conventional liquid phase platinum supporting method, it was not possible to support more platinum particles uniformly and over the entire catalyst supporting substrate.
Therefore, a supercritical fluid has been used as a reaction solvent used during loading. In general, a supercritical fluid has a property of dissolving a substance like a liquid and entering a narrow gap or a minute uneven portion like a gas. In particular, supercritical CO 2 has low toxicity and reactivity, is nonflammable, has a low critical point, and is easy to handle.

超臨界COと、有機金属化合物を一定の有機溶媒に溶かしこんだ白金含有の有機溶液とを反応させることにより、上記のプラズマ処理装置1によって均一に表面調整されたナノオーダーサイズの多くの凹部を担持サイトとしつつ、炭素板の触媒担持用基材Wに、ナノオーダーサイズの白金粒子を均一に担持させる当該方法が、本願発明者らにより見出された。
すなわち、(1)項によれば、触媒担持板に触媒金属粒子を均一に多数担持させることができる。
By reacting supercritical CO 2 with a platinum-containing organic solution in which an organometallic compound is dissolved in a certain organic solvent, a large number of nano-order-sized recesses whose surface is uniformly adjusted by the plasma processing apparatus 1 described above The inventors of the present application have found a method for uniformly supporting nano-order size platinum particles on the catalyst supporting substrate W of the carbon plate while using as a supporting site.
That is, according to the item (1), a large number of catalyst metal particles can be uniformly supported on the catalyst support plate.

(2) 前記結晶性の高いフラットな触媒担持板は、炭素板、金属板、金属酸化物板、チッ化物からなるものであることを特徴とする(1)に記載の燃料電池用触媒電極材の製造方法。 (2) The catalyst electrode material for a fuel cell according to (1), wherein the flat catalyst-carrying plate having high crystallinity is made of a carbon plate, a metal plate, a metal oxide plate, or a nitride. Manufacturing method.

炭素板はいわゆるグラファイト製板材(グラフェンシート)である。使用される燃料電池の発電能力に応じて広さ(縦、横寸法)が決定される。なお、大きなサイズのものを用いて、最後にカットして適当な大きさに加工して用いるようにしてもよい。   The carbon plate is a so-called graphite plate (graphene sheet). The width (vertical and horizontal dimensions) is determined according to the power generation capacity of the fuel cell used. It is also possible to use a large size, cut last and processed into an appropriate size.

(3) 前記導電性金属触媒粒子は、ナノオーダーサイズの、白金、コバルト、パラジウム、イリジウム等の遷移金属、又は、これらいずれかの組み合わせの合金からなることを特徴とする(1)又は(2)に記載の燃料電池用触媒電極材の製造方法。 (3) The conductive metal catalyst particles are made of a nano-order size transition metal such as platinum, cobalt, palladium, iridium, or an alloy of any combination thereof (1) or (2 ) For producing a catalyst electrode material for a fuel cell.

本項は、前記導電性金属触媒粒子の種類を例示するものである。   This section exemplifies the type of the conductive metal catalyst particles.

(4) 前記プラズマ照射時に使用されるプラズマソースガスは、Ar、Ne、Xe、CO、HO、H、O、N、Cl、又はCFからなるもの、又は、これらの希ガス若しくはこれらの混合ガスであることを特徴とする(1)項から(3)項のいずれかに記載の燃料電池用触媒担持体材料の製造方法。
本項は、プラズマ照射時に使用されるプラズマソースガス種を例示するものである。
(4) The plasma source gas used during the plasma irradiation is made of Ar, Ne, Xe, CO 2 , H 2 O, H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , or CF 4 , or these The method for producing a fuel cell catalyst carrier material according to any one of items (1) to (3), wherein the gas is a rare gas or a mixed gas thereof.
This section exemplifies the plasma source gas species used during plasma irradiation.

(5) 前記プラズマ照射時に使用されるラジカルソースガスは、H、CO、HO、O、N、Cl、又はCFからなるもの、又は、これらの希ガス若しくはこれらのいずれかの組み合わせの混合ガスであることを特徴とする(1)項から(3)項のいずれかに記載の燃料電池用触媒担持体材料の製造方法。
本項は、プラズマ照射時に使用されるラジカルソースガス種を例示するものである。
(6) 前記有機金属化合物は、トリメチル(メチルシクロペンタジエニル)白金、白金アセチルアセトナート、塩化白金酸、又は前記導電性金属触媒粒子を含む有機金属化合物であることを特徴とする(1)項から(5)項のいずれかに記載の燃料電池用触媒担持体材料の製造方法。
本項は、前記有機金属化合物が、触媒金属の白金分子を含むものであり、それを例示するものである。
(7) 前記格子欠損が導入された前記触媒担持板を、前記有機金属化合物の分解温度以上に加熱する工程を含むことを特徴とする(1)項から(6)項のいずれかに記載の燃料電池用触媒担持体材料の製造方法。
本項は、上記工程によって、触媒金属を、触媒担持板に固着させやすくすることを例示するものである。
(5) The radical source gas used at the time of plasma irradiation is composed of H 2 , CO 2 , H 2 O, O 2 , N 2 , Cl 2 , or CF 4 , or these rare gases or these The method for producing a fuel cell catalyst carrier material according to any one of items (1) to (3), wherein the mixed gas is any combination.
This section exemplifies radical source gas species used during plasma irradiation.
(6) The organometallic compound is trimethyl (methylcyclopentadienyl) platinum, platinum acetylacetonate, chloroplatinic acid, or an organometallic compound containing the conductive metal catalyst particles (1) A method for producing a catalyst carrier material for a fuel cell according to any one of items 5 to 5.
In this section, the organometallic compound contains a platinum molecule of a catalytic metal, and exemplifies it.
(7) The method according to any one of (1) to (6), including a step of heating the catalyst-carrying plate into which the lattice defects are introduced to a temperature equal to or higher than a decomposition temperature of the organometallic compound. A method for producing a catalyst carrier material for a fuel cell.
This section exemplifies that the catalyst metal is easily fixed to the catalyst support plate by the above process.

本発明によれば、結晶性の高い材料(単結晶に近い材料)からなる導電性担持体(例えば炭素板)に金属触媒粒子(例えば白金粒子)を担持させるために、当該担持体に表面調整としてナノオーダーの格子欠損を好適に形成する。そして、本発明によれば、この表面調整された導電性担持体に、ナノオーダーの金属触媒粒子を均一かつ多量に担持させることができ、ひいては、当該燃料電池用電極材の触媒能力を増大させることができる。   According to the present invention, in order to support metal catalyst particles (for example, platinum particles) on a conductive support (for example, carbon plate) made of a highly crystalline material (material close to a single crystal), the surface of the support is adjusted. As preferred, nano-order lattice defects are formed. According to the present invention, nano-sized metal catalyst particles can be uniformly and abundantly supported on the surface-adjusted conductive support, and as a result, the catalytic ability of the fuel cell electrode material is increased. be able to.

担持体表面に欠損を導入(ダメージ処理)するためのプラズマ処理装置の断面図である。It is sectional drawing of the plasma processing apparatus for introduce | transducing a defect | deletion into a support body surface (damage process). 金属触媒粒子をCO超臨界に溶解させたCO超臨界溶媒によって、金属触媒粒子を担持体表面の欠損に担持させる装置(以下「超臨界CO処理装置」という)の斜視図である。The CO 2 supercritical solvent containing dissolved metal catalyst particles to CO 2 supercritical is a perspective view of a device for supporting the metal catalyst particles to a defect of the bearing surface (hereinafter referred to as "supercritical CO 2 processing apparatus"). 実施例1によって得られた白金担持炭素板のSEM観察像である。3 is an SEM observation image of a platinum-supported carbon plate obtained in Example 1. FIG. 実施例2によって得られた白金担持炭素板のSEM観察像である。3 is an SEM observation image of a platinum-supported carbon plate obtained in Example 2. 実施例3によって得られた白金担持炭素板のSEM観察像である。4 is an SEM observation image of a platinum-supported carbon plate obtained in Example 3. FIG. 実施例4によって得られた白金担持炭素板のSEM観察像である。6 is an SEM observation image of a platinum-supported carbon plate obtained in Example 4. 実施例5によって得られた白金担持炭素板のSEM観察像である。6 is an SEM observation image of a platinum-supported carbon plate obtained in Example 5. 実施例5によって得られた白金担持炭素板のSEM観察像である。6 is an SEM observation image of a platinum-supported carbon plate obtained in Example 5. 比較例によって得られた過剰にダメージを受けた炭素板のSEM観察像である。It is a SEM observation image of the carbon plate damaged excessively obtained by the comparative example.

以下、本発明の実施の形態(「本実施形態」という)を、欠損導入プラズマ処理工程と超臨界CO処理工程に分けて説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention (referred to as “this embodiment”) will be described by dividing it into a defect introduction plasma processing step and a supercritical CO 2 processing step.

<欠損導入プラズマ処理工程>
欠損導入プラズマ処理工程は、図1に示されたプラズマ処理装置1を用いて、結晶性の高い導電性基板のフラット面をプラズマ処理することによって、炭素板面に、ナノオーダーの欠損部を多数かつ均一に形成し、ナノオーダーの金属触媒粒子(以下「白金粒子」とする)が炭素板面に担持し易い担持サイトを作製する工程である。
<Defect introduction plasma treatment process>
The defect-introducing plasma processing step uses the plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1 to perform plasma processing on a flat surface of a conductive substrate having high crystallinity, so that many nano-order defects are formed on the carbon plate surface. It is a step of forming a support site that is uniformly formed and is easy to support nano-sized metal catalyst particles (hereinafter referred to as “platinum particles”) on the carbon plate surface.

図1は、プラズマ処理装置1の概略断面図を示す。図1を参照しながら、プラズマ処理装置1について説明する。
プラズマ処理装置1は、略円筒形状の金属壁部6Wで囲まれたチャンバー6を有し、このチャンバー6は保安接地7されている。金属壁部6Wは、チャンバー6の内部空間8が高真空雰囲気となるため、一定の機械的強度を備える必要がある。そのため、例えばステンレス製厚板からなる。チャンバー6内部の底部6Bには、例えばセラミック製の絶縁板9が敷設されており、絶縁板9の上に円柱状のサセプタ支持台10が設けられている。そして、サセプタ支持台10の上部には、下部電極3を兼ねたサセプタ3Sが設けられている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the plasma processing apparatus 1. The plasma processing apparatus 1 will be described with reference to FIG.
The plasma processing apparatus 1 has a chamber 6 surrounded by a substantially cylindrical metal wall 6W, and the chamber 6 is grounded for safety. Since the internal space 8 of the chamber 6 is in a high vacuum atmosphere, the metal wall portion 6W needs to have a certain mechanical strength. Therefore, it consists of a stainless steel plate, for example. An insulating plate 9 made of ceramic, for example, is laid on the bottom 6B inside the chamber 6, and a cylindrical susceptor support 10 is provided on the insulating plate 9. A susceptor 3S that also serves as the lower electrode 3 is provided on the susceptor support 10.

サセプタ支持台10は、その内部に好適には冷媒室(不図示)が設けられている。この冷媒室に、冷媒導入管(不図示)を介して冷媒を導入し、排出管(不図示)から排出され循環するようにする。そして、その冷熱がサセプタ3Sを介して処理基材Wに伝熱される。このように、伝熱作用を利用することで、処理基材Wの処理面を、所望の温度に(例えば処理基板Wがグラファイト製ならば600℃以下と)維持することを可能とする。   The susceptor support 10 is preferably provided with a refrigerant chamber (not shown) therein. A refrigerant is introduced into the refrigerant chamber via a refrigerant introduction pipe (not shown), and is discharged from a discharge pipe (not shown) and circulated. Then, the cold heat is transferred to the processing substrate W through the susceptor 3S. Thus, by utilizing the heat transfer action, it is possible to maintain the processing surface of the processing substrate W at a desired temperature (for example, 600 ° C. or lower if the processing substrate W is made of graphite).

これらの絶縁板9、サセプタ支持台10、サセプタ3S及び静電チャックに、処理基材Wの裏面に伝熱媒体(Heガス等)を供給するための貫通路であるガス通路12が形成されている。この伝熱媒体を介してサセプタ3Sの冷熱が処理基材Wに伝達され、もって、処理基材Wを、所定の温度に維持することができる。   A gas passage 12, which is a through passage for supplying a heat transfer medium (He gas or the like) to the back surface of the processing substrate W, is formed in the insulating plate 9, the susceptor support 10, the susceptor 3 </ b> S, and the electrostatic chuck. Yes. The cold heat of the susceptor 3S is transmitted to the processing substrate W through this heat transfer medium, and thus the processing substrate W can be maintained at a predetermined temperature.

また、下部電極3の上には、その上に載置される処理基材Wの底がプラズマ処理中、固着されるように静電チャック(不図示)を設けることが好ましい。静電チャックは、静電気力によって処理基材Wをサセプタ3Sの上に固着する。   Moreover, it is preferable to provide an electrostatic chuck (not shown) on the lower electrode 3 so that the bottom of the processing substrate W placed thereon is fixed during the plasma processing. The electrostatic chuck fixes the processing substrate W on the susceptor 3S by electrostatic force.

サセプタ3Sの上面に対向するように、例えばSi材料を含むように作製された上部電極2が設けられている。この上部電極2は、絶縁材2Eを介して、チャンバー8を真空シールする蓋状の上部14に固着・支持されている。また、上部電極2は、多くのガス吐出孔13を有する電極支持体22によって支持されている。電極支持体22は、プラズマ処理用ガスが噴射するガスシャワーを兼ねる。ガス吐出口13には、ガス供給管Pが接続され、処理基材Wに、プラズマ処理ガス13Gが平均的に当たるようにされている。ガス供給管Pには、バルブ15、ガスフローコントローラ16及び処理ガス供給源17が接続されている。処理ガス供給源17は、プラズマ処理のための処理ガスであるプラズマソースガスとラジカルソースガスとの混合ガスが供給され、ガスフローコントローラ16によって一定の混合比に制御されながら処理ガスがチャンバー8内部に供給される。   For example, an upper electrode 2 made to contain a Si material is provided so as to face the upper surface of the susceptor 3S. The upper electrode 2 is fixed and supported by a lid-like upper part 14 for vacuum-sealing the chamber 8 via an insulating material 2E. The upper electrode 2 is supported by an electrode support 22 having many gas discharge holes 13. The electrode support 22 also serves as a gas shower for injecting plasma processing gas. A gas supply pipe P is connected to the gas discharge port 13 so that the plasma processing gas 13G strikes the processing substrate W on average. A valve 15, a gas flow controller 16, and a processing gas supply source 17 are connected to the gas supply pipe P. The processing gas supply source 17 is supplied with a mixed gas of a plasma source gas and a radical source gas, which is a processing gas for plasma processing, and the processing gas is controlled in the chamber 8 while being controlled at a constant mixing ratio by the gas flow controller 16. To be supplied.

処理ガスに関し、プラズマソースガスは、例えば、Ar、Xe、He、N、CO、HO、H、O、N、Cl、又はCFからなるもの、又はこれらの稀ガス若しくはこれらいずれかの組み合わせの混合ガスであることが好ましく、及び、ラジカルソースガスは、H、CO、HO、H、O、N、Cl、又はCFからなるガス、又は、これらの希ガス若しくは混合ガスであることが好ましい。 Regarding the processing gas, the plasma source gas may be, for example, Ar, Xe, He, N 2 , CO 2 , H 2 O, H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , or CF 4 , or rare A gas or a mixed gas of any combination thereof is preferable, and the radical source gas is composed of H 2 , CO 2 , H 2 O, H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , or CF 4. A gas or a rare gas or a mixed gas thereof is preferable.

さらに、チャンバー6には排気管18が接続されている。そして、排気管18に排気装置(不図示)が接続されている。排気装置(不図示)は、拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ、クライオポンプ等の高真空ポンプ(必要に応じて粗引き用のロータリーポンプも併用する)を用いることが好ましい。チャンバー6の内部空間(内部雰囲気)8を、プラズマ処理に好適となるような高真空雰囲気にすることができるからである。また、チャンバー6の側壁6Wには導管19を介してゲートバルブ20が設けられている。このゲートバルブ20の開状態でチャンバー6内部を大気圧と同等にし、処理基材Wを、プラズマ処理装置1に隣接するロードロック室(不図示)との間で搬入・搬出する。ロードロック室(不図示)は、図示しないが図1の紙面に対して垂直方向の位置であって、図1に図示する処理基材Wとほぼ同じ高さに搬送口が設けられていることが好ましい。処理基材Wの搬送後は、プラズマ処理装置1に対して真空シールされるように、上記搬送口は、真空バルブで閉じられる。またロードロック室を介して、超臨界CO処理装置100と連通し、処理基材Wを外気に接触せずに、プラズマ処理装置1から超臨界CO処理装置100に搬出できることが好ましい。両装置間における搬送中に処理基材Wが粉塵、油分で汚染されるのを防ぐためである。 Further, an exhaust pipe 18 is connected to the chamber 6. An exhaust device (not shown) is connected to the exhaust pipe 18. As the exhaust device (not shown), it is preferable to use a high vacuum pump such as a diffusion pump, a turbo molecular pump, or a cryopump (a rotary pump for roughing is also used if necessary). This is because the internal space (internal atmosphere) 8 of the chamber 6 can be set to a high vacuum atmosphere suitable for plasma processing. A gate valve 20 is provided on the side wall 6 </ b> W of the chamber 6 through a conduit 19. With the gate valve 20 opened, the inside of the chamber 6 is made equal to the atmospheric pressure, and the processing base material W is carried into and out of a load lock chamber (not shown) adjacent to the plasma processing apparatus 1. Although not shown, the load lock chamber (not shown) is at a position perpendicular to the paper surface of FIG. 1 and has a conveyance port at substantially the same height as the processing substrate W shown in FIG. Is preferred. After the processing substrate W is transferred, the transfer port is closed with a vacuum valve so that the plasma processing apparatus 1 is vacuum-sealed. Further, it is preferable to communicate with the supercritical CO 2 processing apparatus 100 via the load lock chamber and to carry the processing substrate W from the plasma processing apparatus 1 to the supercritical CO 2 processing apparatus 100 without contacting the outside air. This is to prevent the processing substrate W from being contaminated with dust and oil during conveyance between both apparatuses.

上部電極2に、第1の高周波電源4が接続されている。そして、第1の高周波電源4と上部電極14との間にマッチングボックス(整合器)19を設けてある。マッチングボックス19により、チャンバー6内にプラズマを形成する際に、プラズマのインピーダンスと、高周波電源4から延びる同軸構造の伝送路23のインピーダンスとをマッチングし、交流が跳ね返されるのを防ぎ、印加される電力(RFパワー)を効率的に利用しながらプラズマを発生させる。第1の高周波電源4は、100kHから200MHzの範囲の周波数を有するものでよく、例えば、60MHzの周波数を有している。このような高い周波数の電力を印加することにより高密度のプラズマを形成することができる。   A first high frequency power supply 4 is connected to the upper electrode 2. A matching box 19 is provided between the first high-frequency power source 4 and the upper electrode 14. When the plasma is formed in the chamber 6 by the matching box 19, the impedance of the plasma is matched with the impedance of the transmission line 23 having the coaxial structure extending from the high frequency power source 4 to prevent the alternating current from being rebounded and applied. Plasma is generated while efficiently using electric power (RF power). The first high-frequency power supply 4 may have a frequency in the range of 100 kH to 200 MHz, and has a frequency of 60 MHz, for example. By applying such high frequency power, high density plasma can be formed.

下部電極3には第2の高周波電源5が接続されている。なお、その給電線にはコンデンサー24が介在されている。この第2の高周波電源5は、処理基材Wに対してイオンを引き込み、かつ、処理基材Wに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与える。その周波数は、100kHから13.56MHzの範囲でよく、例えば、2MHzとすることが好ましい。   A second high frequency power source 5 is connected to the lower electrode 3. A capacitor 24 is interposed in the power supply line. The second high-frequency power source 5 draws ions into the processing substrate W and gives an appropriate ion action without damaging the processing substrate W. The frequency may be in the range of 100 kH to 13.56 MHz, and is preferably 2 MHz, for example.

以上のような構成を備えたプラズマ処理装置1を用いて、処理基材Wに対し当該プラズマ処理を施す製造方法を以下説明する。
[処理基材準備工程]
まず、処理基材Wを準備する。処理基材Wは、例えば、数mm程度の厚さを有し、結晶性の高い(好適には単結晶の)導電性のある炭素板(グラファイト)で、平坦度が高いものを準備する。前処理として超音波をかけながら有機溶剤で十分に脱脂し、純水洗浄、及び乾燥することが好ましい。
A manufacturing method for performing plasma processing on the processing substrate W using the plasma processing apparatus 1 having the above configuration will be described below.
[Processing substrate preparation process]
First, the processing base material W is prepared. For example, the treatment substrate W is a carbon plate (graphite) having a thickness of about several millimeters and having high crystallinity (preferably single crystal) and having high flatness. As pretreatment, it is preferable to sufficiently degrease with an organic solvent while applying ultrasonic waves, wash with pure water, and dry.

[処理基材設置工程]
次に、処理基材Wをロードロック室(不図示)からプラズマ処理装置1の内部に搬入し、サセプタ支持台10の上に載置する。そして、静電チャック(不図示)に直流電圧を印加して、サセプタ支持台10と処理基材Wとの間のクーロン力(静電気力)を発生させる。このようにして、処理基材Wをサセプタ支持台10の上に静電吸着して固定する。
[Process base material installation process]
Next, the processing substrate W is carried into the plasma processing apparatus 1 from a load lock chamber (not shown) and placed on the susceptor support 10. Then, a DC voltage is applied to the electrostatic chuck (not shown) to generate a Coulomb force (electrostatic force) between the susceptor support 10 and the processing substrate W. In this way, the processing substrate W is electrostatically adsorbed and fixed on the susceptor support 10.

[真空引き工程]
その後、外部から気体が侵入しないように真空バルブ(不図示)を閉じる等によりチャンバー内部8を外部に対して気密状態にする。次に、ロータリーポンプのような粗引き用ポンプ(不図示)によって、ある程度の真空度(例えば100Pa程度)に達するまで粗引きを行う。その後、高真空用ポンプ(不図示)で真空引きをさらに行う。このようにして、プラズマ処理装置1内の真空度を上げ、内部雰囲気を0.1Paから100Paとする。
[Vacuum drawing process]
Thereafter, the chamber interior 8 is brought into an airtight state with respect to the outside by closing a vacuum valve (not shown) so that gas does not enter from the outside. Next, roughing is performed by a roughing pump (not shown) such as a rotary pump until a certain degree of vacuum (for example, about 100 Pa) is reached. Thereafter, vacuuming is further performed with a high vacuum pump (not shown). In this way, the degree of vacuum in the plasma processing apparatus 1 is increased, and the internal atmosphere is changed from 0.1 Pa to 100 Pa.

[処理ガス供給工程]
次に、真空バルブ15を開くと共に処理ガス供給源17からガスフローコントローラ16を介してチャンバー内部8に一定の比率(例えば2:1の比率)の混合ガス、例えばArガス(プラズマソースガス)と水素ガス(ラジカルソースガス)を導入する。ガスフローコントローラ16は、ガスフローの監視、制御を常に行う。また、ガスフローコントローラ16は、上記のガス比率が維持されるように図示しないArガスボンベと水素ガスボンベ並びに必要なバルブと連通されている。
[Process gas supply process]
Next, the vacuum valve 15 is opened and a mixed gas such as Ar gas (plasma source gas) is supplied from the processing gas supply source 17 to the chamber interior 8 via the gas flow controller 16, for example, a 2: 1 ratio. Hydrogen gas (radical source gas) is introduced. The gas flow controller 16 always monitors and controls the gas flow. Further, the gas flow controller 16 is communicated with an Ar gas cylinder, a hydrogen gas cylinder (not shown), and necessary valves so as to maintain the above gas ratio.

[高電圧印加工程]
この後、上部電極2と下部電極3との間に、数Vから数百Vのいずれかの電圧、例えば100kHzから200MHzのいずれかの振動数の高周波電圧(高周波電力)を印加するRFパワーは、例えば400Wから500Wとする。
[High voltage application process]
Thereafter, RF power for applying a voltage of several V to several hundred V, for example, a high frequency voltage (high frequency power) of any frequency from 100 kHz to 200 MHz between the upper electrode 2 and the lower electrode 3 is: For example, it is set to 400W to 500W.

[プラズマ処理工程]
このような条件下、プラズマ処理装置1内(チャンバー内部空間8)に導入されたガスがプラズマ化する。このプラズマ状態でガス分子が、上部電極2と下部電極3との間に印加された高電圧によって加速される。そして、処理基材Wの面を叩きつけて、処理基材Wの炭素の格子を欠損させる(炭素格子にダメージを与える)。この処理を一定時間、例えば15秒から30秒続行すると、処理基材Wの上面に炭素格子の欠損が均一に創出される。特に、プラズマ処理装置1では、ガスシャワーヘッド22を用いているため、処理ガスが処理基材Wの上面全体に均一に行き渡るようになる。
このようにして、欠損部を均一に有する炭素板の処理基材Wの表面は、均一に表面調整されて、ナノオーダーサイズの多数の凹部が、以降説明する白金(触媒金属)粒子の担持サイトとして造成される
[Plasma treatment process]
Under such conditions, the gas introduced into the plasma processing apparatus 1 (chamber internal space 8) is turned into plasma. In this plasma state, gas molecules are accelerated by a high voltage applied between the upper electrode 2 and the lower electrode 3. Then, the surface of the treated substrate W is struck to cause the carbon lattice of the treated substrate W to be lost (damage the carbon lattice). When this treatment is continued for a certain time, for example, 15 seconds to 30 seconds, the defects of the carbon lattice are uniformly created on the upper surface of the treated substrate W. In particular, in the plasma processing apparatus 1, since the gas shower head 22 is used, the processing gas spreads uniformly over the entire upper surface of the processing substrate W.
In this way, the surface of the carbon substrate treated substrate W having uniform defects is uniformly surface-adjusted, and a large number of nano-order-sized concave portions are supported on platinum (catalyst metal) particle support sites described below. Built as

<超臨界CO処理装置>
さらに、以下に説明する超臨界CO処理装置100(図2)を使用することによって、上述のプラズマ処理装置1を用いて表面調整された触媒担持用基材Wの担持サイトを起点として、ナノオーダーの金属触媒(代表的には白金触媒)を好適に担持する。以下、この超臨界CO処理に関し説明する。
<Supercritical CO 2 treatment equipment>
Furthermore, by using the supercritical CO 2 processing apparatus 100 (FIG. 2) described below, the catalyst supporting substrate W supported on the surface using the plasma processing apparatus 1 described above is used as a starting point for nano- An order metal catalyst (typically a platinum catalyst) is suitably supported. Hereinafter, the supercritical CO 2 treatment will be described.

図2は、超臨界CO処理装置100を説明するための斜視図である。なお、便宜上、図2中の二槽の内部構造が分かるように二箇所について部分破断した斜視図で示してある。
図2に示されるように、超臨界CO処理装置100は、円筒状の反応槽25と、この反応層25内に処理基材Wが略水平に載置可能な支持柱を備えたサセプタ26と、反応槽25の内部と連通し臨界COを導入可能な第1導管28と、反応槽25に一定幅で離間して配置され、かつ、反応槽25とバルブ29によって遮断、連通可能な攪拌槽30と、攪拌槽30と連通し、攪拌槽30に臨界CO導入可能な第2導管31と、さらに、同様に攪拌槽30と連通し、有機白金化合物を溶かした有機金属溶液を導入可能な第3導管32と、を備えている。また、サセプタ26の内部に温度調整可能なヒータ27が内挿されている。そして、超臨界CO処理装置100は、攪拌槽30内で臨界COと有機金属溶液とをモーターによって混合攪拌可能なプロペラ33を備えている。
FIG. 2 is a perspective view for explaining the supercritical CO 2 processing apparatus 100. For convenience, the two tanks in FIG. 2 are shown in perspective views partially broken so that the internal structure of the two tanks can be seen.
As shown in FIG. 2, the supercritical CO 2 processing apparatus 100 includes a cylindrical reaction tank 25 and a susceptor 26 including a support column on which a processing substrate W can be placed substantially horizontally in the reaction layer 25. The first conduit 28 that can communicate with the inside of the reaction tank 25 and can introduce critical CO 2, and is spaced apart from the reaction tank 25 by a certain width, and can be shut off and communicated by the reaction tank 25 and the valve 29. The stirring tank 30, the second tank 31 that communicates with the stirring tank 30, and can introduce critical CO 2 into the stirring tank 30, and also communicates with the stirring tank 30 and introduces an organometallic solution in which an organic platinum compound is dissolved. A possible third conduit 32. A heater 27 capable of adjusting the temperature is inserted inside the susceptor 26. The supercritical CO 2 treatment apparatus 100 includes a propeller 33 capable of mixing and stirring the critical CO 2 and the organic metal solution with a motor in the stirring tank 30.

以上の超臨界CO処理装置100の動作について、プラズマ処理装置1によってプラズマ処理された基材(炭素基板)Wに白金粒子を担持させる方法を以下説明する。
図2に示すように、サセプタ26の水平面上に処理基材Wを配置し固定する。そして、反応槽25の内部を超臨界CO2(温度100℃から200℃、圧力7MPaから15MPaの条件下)で満たす。
Regarding the operation of the supercritical CO 2 processing apparatus 100 described above, a method of supporting platinum particles on the base material (carbon substrate) W that has been plasma-processed by the plasma processing apparatus 1 will be described below.
As shown in FIG. 2, the processing substrate W is disposed and fixed on the horizontal surface of the susceptor 26. Then, the inside of the reaction vessel 25 is filled with supercritical CO 2 (temperature 100 ° C. to 200 ° C., pressure 7 MPa to 15 MPa).

次に、バルブ(不図示)により撹拌槽30内に、適量のトリメチル(メチルシクロペンタジエニル)白金(有機金属化合物)を溶解した有機金属溶液(白金有機金属化合物溶液)を第3導管32から攪拌層30に導入する。そして、同時に、第2導管31から超臨界CO2を攪拌層30に導入する[なお、トリメチル(メチルシクロペンタジエニル)以外に、白金アセチルアセトナート、塩化白金酸等の導電性金属触媒粒子を含む有機金属化合物を使用することもできる]。そして、撹拌槽30の内圧を反応槽25の内圧より大きく設定した後、バルブ29を開く。内圧差により、撹拌槽30の内部で作製された有機金属溶液と超臨界CO2との混合物が反応槽25内に導入され、所定時間、処理基材Wの上記プラズマ処理によって形成された多くの凹部を担持サイトとしてナノオーダーサイズの白金粒子を担持、固着する。
なお、
Next, an organometallic solution (platinum organometallic compound solution) in which an appropriate amount of trimethyl (methylcyclopentadienyl) platinum (organometallic compound) is dissolved in a stirring vessel 30 by means of a valve (not shown) from the third conduit 32. Introduce into the stirring layer 30. At the same time, supercritical CO 2 is introduced into the stirring layer 30 from the second conduit 31 [In addition to trimethyl (methylcyclopentadienyl), conductive metal catalyst particles such as platinum acetylacetonate and chloroplatinic acid are added. Organic metal compounds containing can also be used]. And after setting the internal pressure of the stirring tank 30 larger than the internal pressure of the reaction tank 25, the valve | bulb 29 is opened. Due to the internal pressure difference, a mixture of the organometallic solution prepared in the stirring tank 30 and the supercritical CO 2 is introduced into the reaction tank 25, and a large number of times formed by the plasma treatment of the processing substrate W for a predetermined time. Nano-sized platinum particles are supported and fixed using the recess as a supporting site.
In addition,

以上のように、本実施形態によれば、超臨界CO処理装置100を用いて、処理基材Wに結晶性の高い炭素板を代表とする処理基材Wに既に均一に形成されているナノオーダーの欠損にナノオーダーサイズの白金粒子を担持させることができる。 As described above, according to the present embodiment, using the supercritical CO 2 processing apparatus 100, the processing substrate W is already uniformly formed on the processing substrate W typified by a highly crystalline carbon plate. Nano-order platinum particles can be supported on the nano-order defects.

このようにして製造された白金担持炭素基板は、そのまま触媒層として使用することができる。或いは、炭素基板の白金担持面の裏面からナノオーダーの多数個の孔を白金担持部に達するまで明けて、その後、電解質膜の両面と接合するようにしてもよい。また、出発材料の炭素基板の表層だけ結晶性が高い炭素構造にしておき、表層下の炭素成分に造孔剤を含ませ、上記処理が完了したら白金担持炭素基板から造孔剤を溶解して多数個の孔を形成し、その後、電解質膜の両面と接合するようにしてもよい。   The platinum-supported carbon substrate produced in this way can be used as a catalyst layer as it is. Alternatively, a large number of nano-order holes may be opened from the back surface of the platinum supporting surface of the carbon substrate until reaching the platinum supporting portion, and then bonded to both surfaces of the electrolyte membrane. Also, the surface layer of the starting carbon substrate has a carbon structure with high crystallinity, a pore forming agent is included in the carbon component under the surface layer, and when the treatment is completed, the pore forming agent is dissolved from the platinum-supporting carbon substrate. A large number of holes may be formed and then bonded to both surfaces of the electrolyte membrane.

また、本発明に係る燃料電池用電極材は、PEFC以外の燃料電池にも使用することができ、例えば、ダイレクトメタノール形燃料電池(DIRECT METAHANOL FUEL CELL:「DMFC」と略す)に使用することができる。   The electrode material for a fuel cell according to the present invention can also be used for fuel cells other than PEFC. For example, the electrode material can be used for a direct methanol fuel cell (abbreviated as “DMFC”). it can.

<実施例1、2及び3>
以下、上部電極2と下部電極3との間に印加されるRFパワーを変数として、炭素基板を処理基板Wとして準備し、以下のプラズマ処理条件に従い、RFパワーをパラメータとして250W、500W、750Wとし、炭素基板についてプラズマ処理を行い炭素基板面に欠損を導入した、実施例1、実施例2、実施例3の白金担持結果を説明する。
表1及び表2を参照して、白金粒子の担持量を、単位面積(m)当たりの白金微粒子数(個)で評価し、図4、図5、図6(SEM観察像)を参照しながら白金粒子の炭素板への均一性を目視評価した(なお、比較のために図3に、プラズマ処理を全く行わない炭素板のSEM観察像を示した)。
<Examples 1, 2 and 3>
Hereinafter, using the RF power applied between the upper electrode 2 and the lower electrode 3 as a variable, a carbon substrate is prepared as a processing substrate W, and according to the following plasma processing conditions, the RF power is set as 250 W, 500 W, and 750 W as parameters. The results of carrying platinum in Example 1, Example 2, and Example 3 in which defects were introduced into the carbon substrate surface by performing plasma treatment on the carbon substrate will be described.
Referring to Table 1 and Table 2, the amount of platinum particles supported was evaluated by the number of platinum fine particles per unit area (m 2 ), and see FIGS. 4, 5, and 6 (SEM observation images). Then, the uniformity of the platinum particles on the carbon plate was visually evaluated (for comparison, FIG. 3 shows an SEM observation image of the carbon plate without any plasma treatment).

プラズマ処理条件:
・Arガス;100sccm[standard cc/min]
・水素ガス;50sccm[standard cc/min]
・RFパワー;250W(実施例1)、500W(実施例2)、750W(実施例3)
・バイアス電力;500W
・チャンバー内圧力;5.3Pa
・プラズマ処理時間;30秒
Plasma processing conditions:
Ar gas: 100 sccm [standard cc / min]
・ Hydrogen gas: 50 sccm [standard cc / min]
RF power: 250 W (Example 1), 500 W (Example 2), 750 W (Example 3)
・ Bias power: 500W
-Chamber pressure: 5.3 Pa
・ Plasma treatment time: 30 seconds

超臨界CO処理条件:
・圧力;10MPa
・基板加熱温度;170℃
・処理時間;30分
Supercritical CO 2 treatment conditions:
・ Pressure: 10MPa
-Substrate heating temperature: 170 ° C
・ Processing time: 30 minutes

[評価] 白金粒子の炭素板への担持量に関し、表1、表2から、RFパワーを、250W(実施例1)、500W(実施例2)、750W(実施例3)と印加するにつれ炭素板に担持される白金粒子数がほぼ比例して増加することが分かった。
一方、白金粒子の炭素板への担持状態の均一性については、図4及び図5から、RFパワーが、250W(実施例1)と500W(実施例2)のものは、良好であったが、図6の750W(実施例3)となると、上述したように白金担持量は増えるが炭素板の深さ方向にダメージを受け、白金担持状態の均一性については良好とはいえなかった。
以上より、白金粒子を炭素板に担持するに際し、白金担持がRFパワーに依存することが分かった。そして、総合的には、実施例2が最も良い結果を得た。
[Evaluation] Regarding the amount of platinum particles supported on the carbon plate, from Tables 1 and 2, carbon was applied as RF power was 250 W (Example 1), 500 W (Example 2), and 750 W (Example 3). It was found that the number of platinum particles supported on the plate increased almost proportionally.
On the other hand, as for the uniformity of the loading state of the platinum particles on the carbon plate, the RF powers of 250 W (Example 1) and 500 W (Example 2) were good from FIGS. 4 and 5. When 750 W (Example 3) in FIG. 6 was obtained, the platinum carrying amount increased as described above, but the carbon plate was damaged in the depth direction, and the uniformity of the platinum carrying state was not good.
From the above, it was found that the platinum loading depends on the RF power when the platinum particles are loaded on the carbon plate. Overall, Example 2 gave the best results.

<実施例4、実施例5、並びに比較例>
次に、下記プラズマ処理条件に従って、実施例2で示された最適なRFパワー(500W)を印加し、プラズマ処理時間をパラメータとして、15秒(実施例4)、30秒(実施例5)、60秒(比較例)の3点について超臨界CO処理を行い、結果について考察した。
[プラズマ処理条件]
・Arガス;100sccm[standard cc/min]
・水素ガス;50sccm[standard cc/min]
・RFパワー;500W
・バイアス電力;500W
・チャンバー内圧力;5.3Pa
・プラズマ処理時間;15秒(実施例4)、30秒(実施例5)、60秒(比較例)
<Example 4, Example 5, and Comparative Example>
Next, the optimum RF power (500 W) shown in Example 2 was applied according to the following plasma processing conditions, and the plasma processing time was used as a parameter for 15 seconds (Example 4), 30 seconds (Example 5), Supercritical CO 2 treatment was performed on three points for 60 seconds (comparative example), and the results were examined.
[Plasma treatment conditions]
Ar gas: 100 sccm [standard cc / min]
・ Hydrogen gas: 50 sccm [standard cc / min]
・ RF power: 500W
・ Bias power: 500W
-Chamber pressure: 5.3 Pa
Plasma treatment time: 15 seconds (Example 4), 30 seconds (Example 5), 60 seconds (Comparative Example)

[評価] 表3、表4から、プラズマ処理時間を、15秒、30秒とすることで、炭素板への白金担持量がほぼ比例して増加した。しかし、プラズマ処理時間を、60秒とすると炭素板上に白金粒子は確認できなかった。このようにプラズマ処理時間を60秒と長くすると、図1を参照して上述したプラズマ処理装置1では、上部電極2の電極部材に含まれるSiが炭素板(グラファイト)表面にスパッタされてしまう。その結果、白金粒子の担持サイトを作ることができず、その後、白金粒子が炭素板に担持されなかったと考えられる。 [Evaluation] From Tables 3 and 4, when the plasma treatment time was set to 15 seconds and 30 seconds, the amount of platinum supported on the carbon plate increased substantially proportionally. However, when the plasma treatment time was 60 seconds, platinum particles could not be confirmed on the carbon plate. When the plasma processing time is increased to 60 seconds in this way, in the plasma processing apparatus 1 described above with reference to FIG. 1, Si contained in the electrode member of the upper electrode 2 is sputtered on the surface of the carbon plate (graphite). As a result, it is considered that platinum particle support sites could not be formed, and thereafter the platinum particles were not supported on the carbon plate.

以上の実施例から、プラズマ処理装置1と超臨界CO処理装置100を用いて、結晶性の高い炭素板に白金粒子を、均一かつ密に、できるだけ多く担持させて、触媒層(触媒電極)用材料を作製することができることが分かった。 From the above embodiment, using the plasma processing apparatus 1 and the supercritical CO 2 processing apparatus 100, platinum particles are supported on a highly crystalline carbon plate uniformly and densely as much as possible, and a catalyst layer (catalyst electrode). It was found that materials for use can be produced.

尚、本発明は、上記した実施の形態、実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

W:触媒担持板、13G:プラズマガス、31:超臨界CO W: catalyst support plate, 13G: plasma gas, 31: supercritical CO 2

Claims (5)

結晶性の高いフラットな触媒担持板を準備する工程と、
前記触媒担持板の表面に対しプラズマ照射を行い前記触媒担持板の面に格子欠損を均一に導入する工程と、
該格子欠損が導入された前記触媒担持板と、有機金属化合物を有機溶媒に溶解したものと、超臨界COと、を反応させる工程と、
を含むことを特徴とする導電性金属触媒粒子を前記触媒担持体に担持させ触媒電極材を製造する方法。
A step of preparing a flat catalyst carrier plate with high crystallinity;
Performing plasma irradiation on the surface of the catalyst-carrying plate to uniformly introduce lattice defects on the surface of the catalyst-carrying plate;
A step of reacting the catalyst-carrying plate into which the lattice defects have been introduced, an organic metal compound dissolved in an organic solvent, and supercritical CO 2 ;
A method for producing a catalyst electrode material by supporting conductive metal catalyst particles on the catalyst carrier.
前記結晶性の高いフラットな触媒担持板は、炭素板、金属板、金属酸化物板、窒化物からなるものであることを特徴とする(1)に記載の燃料電池用触媒電極材の製造方法。   The method for producing a catalyst electrode material for a fuel cell according to (1), wherein the flat catalyst-carrying plate having high crystallinity is a carbon plate, a metal plate, a metal oxide plate, or a nitride. . 前記導電性金属触媒粒子は、ナノオーダーサイズの、白金、コバルト、パラジウム、イリジウム等の遷移金属、又は、これらいずれかの組み合わせの合金からなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の燃料電池用触媒電極材の製造方法。   3. The conductive metal catalyst particle is made of a transition metal such as platinum, cobalt, palladium, iridium, or an alloy of any combination thereof having a nano-order size. The manufacturing method of the catalyst electrode material for fuel cells. 前記プラズマ照射時に使用されるプラズマソースガスは、Ar、Ne、Xe、CO、HO、H、O、N、Cl、又はCFからなるもの、又は、これらの希ガス若しくはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料電池用触媒担持体材料の製造方法。 The plasma source gas used in the plasma irradiation is made of Ar, Ne, Xe, CO 2 , H 2 O, H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , or CF 4 , or a rare gas thereof. The method for producing a fuel cell catalyst carrier material according to any one of claims 1 to 3, wherein the gas is a mixed gas thereof. 前記プラズマ照射時に使用されるラジカルソースガスは、H、CO、HO、O、N、Cl、又はCFからなるもの、又は、これらの希ガス若しくは、これらのいずれかの組み合わせの混合ガスであることを特徴とする請求項1から請求項3項のいずれかに記載の燃料電池用触媒担持体材料の製造方法。 The radical source gas used at the time of plasma irradiation is composed of H 2 , CO 2 , H 2 O, O 2 , N 2 , Cl 2 , or CF 4 , or these rare gases or any one of these The method for producing a fuel cell catalyst carrier material according to any one of claims 1 to 3, wherein the mixed gas is a mixed gas of any of the above.
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