JP2011136993A - 白金錯体、その製造方法と応用 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ヘキサクロロ白金酸とキレート剤を溶剤の中に入れて混合させ、ヘキサクロロ白金酸の白金錯イオン [PtCl6]2-をキレート剤と反応させ、通式Pt[R]2+の白金錯体を形成させる。Rはジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、エチレンジアミン、1,10‐フェナントロリンおよび2,2'‐ビピリジンの内の一個である。白金錯体が白金に還元される還元段階と還元された白金に対して乾燥を行う乾燥段階を含む白金触媒を製造する。その他に、ヘキサクロロ白金酸、キレート剤と担体を溶剤の中に混合して反応させて白金錯体を形成させ、再び担体に吸い付けられる白金錯体を白金/担体に還元させ、さらに還元された白金/担体に対して乾燥を行うことにより、白金/担体触媒を獲得する白金/担体触媒を製造する。
【選択図】 図1
Description
本発明の白金錯体の製造方法は、キレート段階を含む。上記キレート段階はヘキサクロロ白金酸(chloroplatinic acid, H2PtCl6・6H2O)をキレート剤(chelating agent)と溶剤の中に入れて白金錯体の溶液を形成させ、そしてヘキサクロロ白金酸の白金錯イオン [PtCl6]2-を上記キレート剤と反応させることにより、白金イオンは上記キレート剤の中に被覆されて白金錯体として形成される。上記溶剤は選択的に水、エチルアルコール、エーテルとアセトンなどからなることができ、例えば本発明の溶剤は選択的に水またはエチルアルコールの水溶液からなる。本発明のキレート剤は選択的にジエチレントリアミン(diethylenetriamine,NH2CH2CH2NHCH2CH2NH2)、トリエチレンテトラミン(triethylenetetramine,NH2CH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2NH2)、エチレンジアミン(ethylenediamine,NH2CH2CH2NH2)、1,10−フェナントロリン(1,10-phenanthroline,C12H8N2)、フェナントロリン(phenanthroline,C12H8N2)、2,2'−ビピリジン(2,2'-Bipyridine,C10H8N2)またはビピリジン(bipyridine,C10H8N2)などからなることができる。また、説明を容易にするために、本説明においてはdiethylenetriamineを“dien”と、triethylenetetramineを“trien”と、ethylenediamineを“en”と、bipyridineを“bpy”と、そしてphenanthrolineを“phen”と略称する。
上述した本発明の白金錯体の製造方法を経て獲得される白金錯体の通式はPt[R]2+で、その内、Rはジエチレントリアミン(diethylenetriamine)、トリエチレンテトラミン(triethylenetetramine)、エチレンジアミン(ethylenediamine)、1,10−フェナントロリン(1,10-phenanthroline)および2,2'−ビピリジン(2,2'-Bipyridine)の内の一個からなり、それによってそれぞれPt[dien]2+、Pt[trien]2+、Pt[en]2+、[Pt(bpy)2]2+と [Pt(phen)2]2+の白金錯体を形成する。そのように、本発明の白金錯体は溶液の中に均一に分散できるとの特点を有するため、さらに自動車のコンバーターなどに応用することができる。
図1は本発明の実施例の白金触媒の製造方法のブロック図である。図1を参照すると、本発明の白金触媒の製造方法はキレート段階S1、還元段階S2および乾燥段階S3を含むことにより、白金触媒を製造することができる。
図3は本発明の実施例の白金/担体触媒の製造方法のブロック図である。図3を参照すると、本発明の白金/担体触媒の製造方法はキレート段階S1’、還元段階S2’および乾燥段階S3’を含むことにより、白金/担体触媒を調製することができる。
本発明の第一実施例の白金/担体触媒の製造方法と調製される白金/担体触媒は好ましくはカーボンブラックを担体とし、そして後続における説明の便利性を図るべく、カーボンブラックを担体とする白金触媒をPt/C-xと略称する。その中に、xは上記キレート剤の種類を表し、上記キレート剤の配位数は2、3または4などからなることができる。本発明の白金/担体触媒の製造方法は上記キレート剤の種類と配位数によって異なる白金錯体を調製することができる。
SADP):
それぞれの図10d、11d、12dと13dを参照すると、異なるキレート剤のPt/C触媒をそれぞれPt/C-dien、Pt/C-trien、Pt/C-enおよびPt/C-bpyと略称し、そして電子回折の分析を行い、それぞれの図の白金は面心立方(fcc)の構造を有するとともに、高度な結晶を有する。
その他に、本発明の白金/担体触媒に対してX−Ray回折のテストを行う。その平均の白金の粒子の大きさはデバイシェレル(Debye-Scherrer)の方程式を利用し、計算して得られる。図20〜図21を参照すると、それぞれ異なるキレート剤によって製造されるPt/C触媒に対してエックス線による回折分析のテストを行う。そしてテストの結果から知ることができるように、25度の回折の特性のピークは(002)で、本発明のカーボンブラック(Vulcan XC-72)は六角の構造であることを表し、白金の回折の特性のピークはそれぞれ39度、46度、66度と81度に表示され、そしてそれぞれ(111)、(200)と(311)の面において本発明によって獲得されるPt/C触媒は面心立方(fcc)の構造になるように表示される。
本発明のPt/C触媒を従来の商用のPt/C-ETEK(DeNora)触媒と比較すると、テスト用のサンプルの製造方法は先ず20ミリグラムの触媒、120μlのエチルアルコールと20μlの重量パーセントが5%の商用Nafion溶液(デュポン)を混合させ、そして超音波による振動を約30分間行うことによって糊状の溶液を獲得し、それから約25μlの上記糊状の溶液をカーボン素材の電極(面積が約0.066cm2)に塗布し、そして室温で乾燥させ、電極の表面に薄い膜を形成させることにより、触媒を電極に塗布する段階を完成する。商用Pt/C-ETEK触媒のテスト用のサンプルの製造方法も上述と同様である。電気テストについては、80mlと0.5Mの硫酸で行い、そして温度は25℃である。電気テストを行う前に窒素を通して電極の活性化を賦活する。電圧が0〜1.2Vの範囲内でCV(cyclic voltammogram)曲線を獲得し、そしてAg/AgClを対照の電極とする。
MEA特性を計測するべく、単電池を0.5Vの操作電圧でMEAを操作する。24時間の燃料電池の条件で安定した電流密度と極性化曲線(polarization curves)を獲得することができる。その結果は図26〜図28に示すように、図から知ることができるように、本発明のPt/C触媒は商用のPt/C-ETEK触媒より電気的特性がよく、そして白金の重量が担体の重量の12%しか占めていない時、電流密度は白金の含有量が40%の商用のPt/C-ETEK触媒の四分の一にすでに達している。
本発明の白金錯体はキレート剤で白金イオンを被覆して形成することにより、白金錯体の安定性を増やすことができる。
Claims (56)
- 通式がPt[R]2+で、その内、Rはジエチレントリアミン(diethylenetriamine)、トリエチレンテトラミン(triethylenetetramine)、エチレンジアミン(ethylenediamine)、1,10−フェナントロリン(1,10-phenanthroline)および2,2'−ビピリジン(2,2'-Bipyridine)の内の一個からなることを特徴とする白金錯体。
- ヘキサクロロ白金酸とキレート剤を溶剤の中に入れて混合させることにより、上記ヘキサクロロ白金酸の白金錯イオン [PtCl6]2-を上記キレート剤と反応させて白金錯体を形成させることをことを特徴とする白金錯体の製造方法。
- 上記キレート剤を上記溶剤の中に入れて混合させる前、上記キレート剤は予めジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、エチレンジアミン、1,10−フェナントロリンおよび2,2'−ビピリジンの内の一個から選択することを特徴とする請求項2に記載の白金錯体の製造方法。
- 上記ヘキサクロロ白金酸と上記キレート剤を上記溶剤の中に入れて混合させることは、その混合の過程において上記溶剤を持続的に撹拌することを特徴とする請求項2または3に記載の白金錯体の製造方法。
- 上記ヘキサクロロ白金酸と上記キレート剤を上記溶剤に入れた後、超音波で上記溶剤を振動させることを特徴とする請求項2または3に記載の白金錯体の製造方法。
- 上記超音波で振動させる時間は4時間から6時間までであることを特徴とする請求項5に記載の白金錯体の製造方法。
- 上記キレート剤と白金のモル比は1:1から3:1までの間であることを特徴とする請求項2または3に記載の白金錯体の製造方法。
- 上記キレート剤は予めジエチレントリアミンから選択し、上記キレート剤と白金のモル比は1:1から2:1までの間であることを特徴とする請求項3に記載の白金錯体の製造方法。
- 上記キレート剤は予めトリエチレンテトラミンから選択し、上記キレート剤と白金のモル比は1:1から1.5:1までの間であることを特徴とする請求項3に記載の白金錯体の製造方法。
- 上記キレート剤は予めエチレンジアミン、2,2'−ビピリジンまたは1,10−フェナントロリンのその内の一個から選択し、上記キレート剤と白金のモル比は2:1から3:1までの間であることを特徴とする請求項3に記載の白金錯体の製造方法。
- キレート段階、還元段階および乾燥段階を含む白金触媒の製造方法であって、上記キレート段階はヘキサクロロ白金酸とキレート剤を溶剤の中に入れて混合させて白金錯体の溶液を形成させることにより、上記白金錯体の溶液の中のヘキサクロロ白金酸の白金錯イオン [PtCl6]2-を上記キレート剤と反応させて共同で白金錯体を形成させ、上記還元段階は還元剤を上記白金錯体の溶液の中に加えて共同で懸濁液を形成させることにより、上記白金錯体を白金に還元させ、乾燥段階は上記懸濁液内に還元された白金に対して乾燥を行うことにより、白金触媒を獲得することを特徴とする白金触媒の製造方法。
- 上記キレート剤を上記溶剤の中に入れて混合させる前、上記キレート剤は予めジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、エチレンジアミン、1,10−フェナントロリンおよび2,2'−ビピリジンの内の一個から選択することを特徴とする請求項11に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記ヘキサクロロ白金酸と上記キレート剤を上記溶剤の中に入れて混合させることは、その混合の過程において上記溶剤を持続的に撹拌することを特徴とする請求項11または12に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記ヘキサクロロ白金酸と上記キレート剤を上記溶剤に入れた後、他に超音波で上記溶剤を振動させることを特徴とする請求項11または12に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記超音波で振動する時間は4時間から6時間までであることを特徴とする請求項14に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記還元剤を上記白金錯体の溶液に加える前、上記還元剤は予め選択的にホルムアルデヒドからなることを特徴とする請求項11または12に記載の白金触媒の製造方法。
- ホルムアルデヒドとヘキサクロロ白金酸のモル比は20:1であることを特徴とする請求項16に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記還元段階の中に上記還元剤を上記白金錯体の溶液の中に加えて共同で上記懸濁液を形成させた後、他にアルカリ性の溶液を加えることによって上記懸濁液のpH値を7より大きくなるまで調整する段階を含むことを特徴とする請求項11または12に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記懸濁液のpH値を7より大きくなるまで調整する段階は、上記懸濁液のpH値を12から14まで調整する段階を含むことを特徴とする請求項18に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記アルカリ性の溶液を上記懸濁液に加える前、上記アルカリ性の溶液は予め選択的に水酸化ナトリウム(NaOH)からなることを特徴とする請求項18に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記懸濁液のpH値を調整した後、他に超音波で上記懸濁液を振動させることを特徴とする請求項18に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記超音波で振動する時間は0.2時間から5時間までであることを特徴とする請求項21に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記還元段階の中に上記還元剤を上記白金錯体の溶液に加えた後、他に上記懸濁液に対して加熱を行い、再び上記乾燥段階を行うことを特徴とする請求項11または12に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記懸濁液に対して加熱を行う段階は、マイクロ波の方式で上記懸濁液に対して加熱を行う段階を含むことを特徴とする請求項23に記載の白金触媒の製造方法。
- 加熱上記懸濁液を加熱した後、他に上記懸濁液を冷却し、再び上記乾燥段階を行うことを特徴とする請求項23に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記還元段階を完成した後、他に分離段階を行うことにより、上記還元された白金を上記懸濁液の中から分離させた後、再び上記乾燥段階を行うことを特徴とする請求項11または12に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記キレート剤と白金のモル比は1:1から3:1までの間であることを特徴とする請求項11または12に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記キレート剤は予めジエチレントリアミンから選択し、上記キレート剤と白金のモル比は1:1から2:1までの間であることを特徴とする請求項12に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記キレート剤は予めトリエチレンテトラミンから選択し、上記キレート剤と白金のモル比は1:1から1.5:1までの間であることを特徴とする請求項12に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記キレート剤は予めエチレンジアミン、2,2'−ビピリジンまたは1,10−フェナントロリンのその内の一個から選択し、上記キレート剤と白金のモル比は2:1から3:1までの間であることを特徴とする請求項12に記載の白金触媒の製造方法。
- 上記乾燥段階を執行する温度は373Kから423Kまでであることを特徴とする請求項11または12に記載の白金触媒の製造方法。
- キレート段階、還元段階および乾燥段階を含む白金/担体触媒の製造方法であって、上記キレート段階はヘキサクロロ白金酸、キレート剤と担体を溶剤の中に入れて混合させて担体を含んだ白金錯体の溶液を形成させることにより、上記白金錯体の溶液の中のヘキサクロロ白金酸の白金錯イオン [PtCl6]2-を上記キレート剤と反応させて共同で白金錯体を形成させ、そして上記担体の上に吸い付けさせ、上記還元段階は還元剤を上記白金錯体の溶液の中に加えて共同で懸濁液を形成させることにより、上記担体の上に吸い付けられる白金錯体を白金/担体に還元させ、乾燥段階は上記懸濁液の内に還元された白金/担体に対して乾燥を行うことにより、白金/担体触媒を獲得することを特徴とする白金/担体触媒の製造方法。
- 上記キレート剤を上記溶剤の中に入れて混合させる前、上記キレート剤は予めジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、エチレンジアミン、1,10−フェナントロリンおよび2,2'−ビピリジンの内の一個から選択することを特徴とする請求項32に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記ヘキサクロロ白金酸、上記キレート剤と上記担体を上記溶剤の中に入れて混合させて形成される上記担体を含んだ白金錯体の溶液に、上記ヘキサクロロ白金酸、上記キレート剤と多孔性材料からなる上記担体を上記溶剤の中に入れて混合させて形成される上記担体を含んだ白金錯体の溶液を含むことを特徴とする請求項32に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記ヘキサクロロ白金酸、上記キレート剤と上記担体を上記溶剤の中に入れて混合させることは、その混合の過程において上記溶剤を持続的に撹拌することを特徴とする請求項32または33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記ヘキサクロロ白金酸、上記キレート剤と上記担体を上記溶剤に入れた後、他に超音波で上記溶剤を振動させることを特徴とする請求項32または33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記超音波で振動を執行する時間は4時間から6時間までであることを特徴とする請求項36に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記還元剤を上記白金錯体の溶液に加える前、上記還元剤は予め選択的にホルムアルデヒドからなることを特徴とする請求項32または33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- ホルムアルデヒドとヘキサクロロ白金酸のモル比は20:1であることを特徴とする請求項38に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記還元段階の中に上記還元剤を上記白金錯体の溶液の中に加えた後、他にアルカリ性の溶液を加えることによって上記懸濁液のpH値を7より大きくなるまで調整する段階を含むことを特徴とする請求項32または33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記懸濁液のpH値を7より大きくなるまで調整する段階は、上記懸濁液のpH値を12から14まで調整する段階を含むことを特徴とする請求項40に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記アルカリ性の溶液を上記懸濁液に加える前、上記アルカリ性の溶液は予め選択的に水酸化ナトリウム(NaOH)からなることを特徴とする請求項40に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記懸濁液のpH値を調整した後、他に超音波で上記懸濁液を振動させることを特徴とする請求項40に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記超音波で振動する時間は0.2時間から5時間までであることを特徴とする請求項43に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記還元段階の中に上記還元剤を上記白金錯体の溶液に加えた後、他に上記懸濁液に対して加熱を行い、再び上記乾燥段階を行うことを特徴とする請求項32または33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記懸濁液に対して加熱を行う段階は、マイクロ波で上記懸濁液に対して加熱を行う段階を含むことを特徴とする請求項45に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 加熱上記懸濁液を加熱した後、他に上記懸濁液を冷却し、再び上記乾燥段階を行うことを特徴とする請求項45に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記還元段階を完成した後、他に分離段階を行うことにより、上記還元された白金/担体を上記懸濁液の中から分離させ、その後再び上記乾燥段階を行うことを特徴とする請求項32または33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記キレート剤と白金のモル比は1:1から3:1までの間であることを特徴とする請求項32または33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記キレート剤は予めジエチレントリアミンから選択し、上記キレート剤と白金のモル比は1:1から2:1までの間であることを特徴とする請求項33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記キレート剤は予めトリエチレンテトラミンから選択し、上記キレート剤と白金のモル比は1:1から1.5:1までの間であることを特徴とする請求項33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記キレート剤は予めエチレンジアミン、2,2'−ビピリジンまたは1,10−フェナントロリンのその内の一個から選択し、上記キレート剤と白金のモル比は2:1から3:1までの間であることを特徴とする請求項33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記乾燥段階の温度は373Kから423Kまでであることを特徴とする請求項32または33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記キレート段階の中に予め上記ヘキサクロロ白金酸と上記キレート剤を上記溶剤に加えた後、再び上記担体を添加することを特徴とする請求項32または33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記キレート段階の中に予め上記担体を上記溶剤に加えた後、再び上記ヘキサクロロ白金酸と上記キレート剤を添加することを特徴とする請求項32または33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
- 上記キレート段階の中に予め上記担体を無水アルコールと混合させ、再び上記溶剤の中に加えることを特徴とする請求項32または33に記載の白金/担体触媒の製造方法。
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