JP2013048099A - 燃料電池用電極触媒の製造方法、燃料電池用電極触媒およびその用途 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも特定の金属化合物と、カルボキシル基を有する窒素含有有機化合物と、溶媒とを混合して触媒前駆体溶液を得る工程(1)、前記触媒前駆体溶液から溶媒を除去する工程(2)、および工程(2)で得られた固形分残渣を500〜1100℃の温度で熱処理して電極触媒を得る工程(3)を含み、前記金属化合物の一部または全部が、アルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ストロンチウム、イットリウム、スズ、タングステンおよびセリウムから選ばれる金属元素M1を含有する化合物であることを特徴とする燃料電池用電極触媒の製造方法。
【選択図】なし
Description
また、特許文献3及び特許文献4に記載された触媒は、高い酸素還元触媒活性を示すが、燃料電池運転条件下での安定性が非常に低いことが問題点である。
特許文献5及び特許文献6に記載された触媒は、従来の貴金属代替触媒に比べてきわめて高性能であるが、その製造工程の一部において1600℃〜1800℃という高温下での加熱処理が必要であった(例えば特許文献5 実施例1または特許文献6 実施例1)。
すなわち本発明の目的は、比較的低い温度での熱処理を経て、アルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ストロンチウム、イットリウム、スズ、タングステンおよびセリウムから選ばれる金属元素を含む、高い触媒活性を有する燃料電池用電極触媒を製造する方法を提供することである。
さらに本発明は、高い触媒活性を有する燃料電池用電極触媒およびその用途(電極等)を提供することを目的とする。
[1]
少なくとも金属化合物(1)と、窒素含有有機化合物(2)と、溶媒とを混合して触媒前駆体溶液を得る工程(1)、
前記触媒前駆体溶液から溶媒を除去する工程(2)、および
工程(2)で得られた固形分残渣を500〜1100℃の温度で熱処理して電極触媒を得る工程(3)
を含み、
前記金属化合物(1)の一部または全部が、金属元素としてアルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ストロンチウム、イットリウム、スズ、タングステンおよびセリウムから選ばれる金属元素M1を含有する化合物であり、
前記工程(1)で用いられる成分のうち溶媒以外の少なくとも1つの成分が酸素原子を有する
ことを特徴とする燃料電池用電極触媒の製造方法。
前記工程(1)において、ホウ素、リンおよび硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素Aならびにフッ素を含有する化合物(3)をさらに混合す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の製造方法。
前記化合物(3)が、フッ素を含有するホウ酸誘導体、フッ素を含有するスルホン酸誘導体およびフッ素を含有するリン酸誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記[2]に記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
前記工程(1)において、前記金属化合物(1)の溶液と、前記窒素含有有機化合物(2)とを混合することを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
前記工程(1)において、ジケトン構造を有する化合物からなる沈殿抑制剤をさらに混合することを特徴とする上記[1]〜[4]のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
前記金属化合物(1)が、金属リン酸塩、金属硫酸塩、金属硝酸塩、金属有機酸塩、金属酸ハロゲン化物、金属アルコキシド、金属ハロゲン化物、金属過ハロゲン酸塩、金属次亜ハロゲン酸塩および金属錯体からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする上記[1]〜[5]のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
前記窒素含有有機化合物(2)が、アミノ基、ニトリル基、イミド基、イミン基、ニトロ基、アミド基、アジド基、アジリジン基、アゾ基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、オキシム基、ジアゾ基、およびニトロソ基、ならびにピロール環、ポルフィリン環、イミダゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、およびピラジン環から選ばれる1種類以上を分子中に有することを特徴とする上記[1]〜[6]のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
前記窒素含有有機化合物(2)が、水酸基、カルボキシル基、アルデヒド基、酸ハライド基、スルホ基、リン酸基、ケトン基、エーテル基、およびエステル基から選ばれる1種類以上を分子中に有することを特徴とする上記[1]〜[7]のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
前記工程(3)において、前記固形分残渣を、水素ガスを0.01体積%以上10体積%以下含む雰囲気中で熱処理することを特徴とする上記[1]〜[8]のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
上記[1]〜[9]のいずれかに記載の製造方法で得られる燃料電池用電極触媒。
[11]
上記[10]に記載の燃料電池用電極触媒を含むことを特徴とする燃料電池用触媒層。
上記[11]に記載の燃料電池用触媒層と多孔質支持層とを有することを特徴とする電極。
カソードとアノードと前記カソードおよび前記アノードの間に配置された電解質膜とを有する膜電極接合体であって、前記カソードおよび/または前記アノードが上記[12]に記載の電極であることを特徴とする膜電極接合体。
上記[13]に記載の膜電極接合体を備えることを特徴とする燃料電池。
[15]
固体高分子型燃料電池であることを特徴とする上記[14]に記載の燃料電池。
発電機能、発光機能、発熱機能、音響発生機能、運動機能、表示機能および充電機能からなる群より選ばれる少なくとも一つの機能を有する物品であって、上記[14]または[15]に記載の燃料電池を備えることを特徴とする物品。
さらに本発明の燃料電池用電極触媒は、高い触媒活性を有し、各種用途(電極等)に有用である。
本発明の燃料電池用電極触媒の製造方法は、
少なくとも金属化合物(1)と、窒素含有有機化合物(2)と、溶媒とを混合して溶液(本明細書において「触媒前駆体溶液」とも記す。)を得る工程(1)、
前記触媒前駆体溶液から溶媒を除去する工程(2)、および
工程(2)で得られた固形分残渣を500〜1100℃の温度で熱処理して電極触媒を得る工程(3)
を含み、
前記金属化合物(1)の一部または全部が、特定の金属元素M1を含有する金属化合物(M1)であり、
前記工程(1)で用いられる成分のうち溶媒以外の少なくとも1つの成分が酸素原子を有する(すなわち、後述する化合物(3)を用いる場合には、化合物(1)、化合物(2)および化合物(3)の少なくとも1つが酸素原子を有し、化合物(3)を用いない場合には、化合物(1)および化合物(2)の少なくとも1つが酸素原子を有する)ことを特徴としている。なお本明細書において、特段の事情がない限り、原子およびイオンを、厳密に区別することなく「原子」と記載する。
工程(1)では、少なくとも金属化合物(1)と、窒素含有有機化合物(2)と、溶媒と、任意に後述する化合物(3)を混合して触媒前駆体溶液を得る。
手順(i):1つの容器に溶媒を準備し、そこへ前記金属化合物(1)前記窒素含有有機化合物(2)および任意に前記化合物(3)を添加し、溶解させて、これらを混合する、
手順(ii):前記金属化合物(1)の溶液、ならびに前記窒素含有有機化合物(2)および任意に前記化合物(3)の溶液を準備し、これらを混合する
が挙げられる。
手順(ii'):前記金属化合物(M1)(ただし、遷移金属化合物(M12)を除く。)の溶液、ならびに前記遷移金属化合物(M12)、前記窒素含有有機化合物(2)および任意に前記化合物(3)の溶液を準備し、これらを混合する
が挙げられる。
複数の溶液を調製してからこれらを混合して触媒前駆体溶液を得る場合には、一方の溶液に対して他方の溶液を、ポンプ等を用いて一定の速度で供給することが好ましい。
前記金属化合物(1)の一部または全部は、以下の金属元素M1を含有する金属化合物(M1)である。金属元素M1は、具体的にはアルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ストロンチウム、イットリウム、スズ、タングステンおよびセリウムから選ばれる金属元素である。金属元素M1の中でも、アルミニウム、クロム、鉄、コバルト、銅、イットリウム、スズおよびセリウムが好ましく、銅が特に好ましい。これらは、1種単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記金属化合物(M1)の具体例としては、
クロム(III)メトキシド、クロム(III)エトキシド、クロム(III)プロポキシド、クロム(III)イソプロポキシド、クロム(III)ブトキシド、クロム(III)イソブトキシド、クロム(III)ペントキシド、クロム(III)アセチルアセトナート、クロム(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Cr(acac)(O-iPr)2、Cr(acac)2(O-iPr)、acacはアセチルアセトナトイオンを、iPrはイソプロピル基を表す。以下も同様である。)、トリスジエチルアミノクロム、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)クロム、クロム(III)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、トリ-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシクロム(III)、三塩化クロム、二塩化クロム、オキシ塩化クロム、三臭化クロム、二臭化クロム、オキシ臭化クロム、三ヨウ化クロム、二ヨウ化クロム、オキシヨウ化クロム等のクロム化合物;
マンガン(III)メトキシド、マンガン(III)エトキシド、マンガン(III)プロポキシド、マンガン(III)イソプロポキシド、マンガン(III)ブトキシド、マンガン(III)イソブトキシド、マンガン(III)ペントキシド、マンガン(III)アセチルアセトナート、マンガン(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Mn(acac)(O-iPr)2、Mn(acac)2(O-iPr))、トリスジエチルアミノマンガン、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)マンガン、マンガン(III)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、トリ-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシマンガン(III)、三塩化マンガン、二塩化マンガン、オキシ塩化マンガン、三臭化マンガン、二臭化マンガン、オキシ臭化マンガン、三ヨウ化マンガン、二ヨウ化マンガン、オキシヨウ化マンガン等のマンガン化合物;
鉄(III)メトキシド、鉄(III)エトキシド、鉄(III)プロポキシド、鉄(III)イソプロポキシド、鉄(III)ブトキシド、鉄(III)イソブトキシド、鉄(III)ペントキシド、鉄(III)アセチルアセトナート、鉄(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Fe(acac)(O-iPr)2、Fe(acac)2(O-iPr))、トリスジエチルアミノ鉄、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)鉄、鉄(III)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、トリ-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシ鉄(III)、三塩化鉄、二塩化鉄、オキシ塩化鉄、三臭化鉄、二臭化鉄、オキシ臭化鉄、三ヨウ化鉄、二ヨウ化鉄、オキシヨウ化鉄等の鉄化合物;
コバルト(II)メトキシド、コバルト(II)エトキシド、コバルト(II)プロポキシド、コバルト(II)イソプロポキシド、コバルト(II)ブトキシド、コバルト(II)イソブトキシド、コバルト(II)ペントキシド、コバルト(II)アセチルアセトナート、コバルト(III)アセチルアセトナート、コバルト(II)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Co(acac)(O-iPr))、コバルト(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Co(acac)(O-iPr)2、Co(acac)2(O-iPr))、ビスジエチルアミノコバルト、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)コバルト、コバルト(II)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、トリ-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシコバルト(II)、三塩化コバルト、二塩化コバルト、オキシ塩化コバルト、三臭化コバルト、二臭化コバルト、オキシ臭化コバルト、三ヨウ化コバルト、二ヨウ化コバルト、オキシヨウ化コバルト等のコバルト化合物;
ニッケル(II)メトキシド、ニッケル(II)エトキシド、ニッケル(II)プロポキシド、ニッケル(II)イソプロポキシド、ニッケル(II)ブトキシド、ニッケル(II)イソブトキシド、ニッケル(II)ペントキシド、ニッケル(II)アセチルアセトナート、ニッケル(II)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Ni(acac)(O-iPr))、ビスジエチルアミノニッケル、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)ニッケル、ニッケル(II)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、ビス-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシニッケル(II)、二塩化ニッケル、オキシ塩化ニッケル、二臭化ニッケル、オキシ臭化ニッケル、二ヨウ化ニッケル、オキシヨウ化ニッケル等のニッケル化合物;
銅(II)メトキシド、銅(II)エトキシド、銅(II)プロポキシド、銅(II)イソプロポキシド、銅(II)ブトキシド、銅(II)イソブトキシド、銅(II)ペントキシド、銅(II)アセチルアセトナート、ビスジエチルアミノ銅、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)銅、銅(II)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、ビス-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシ銅(II)、二塩化銅、オキシ塩化銅、二臭化銅、オキシ臭化銅、二ヨウ化銅、オキシヨウ化銅等の銅化合物;
イットリウム(III)メトキシド、イットリウム(III)エトキシド、イットリウム(III)プロポキシド、イットリウム(III)イソプロポキシド、イットリウム(III)ブトキシド、イットリウム(III)イソブトキシド、イットリウム(III)ペントキシド、イットリウム(III)アセチルアセトナート、イットリウム(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Y(acac)(O-iPr)2、Y(acac)2(O-iPr))、トリスジエチルアミノイットリウム、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)イットリウム、イットリウム(III)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、トリス-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシイットリウム(III)、三塩化イットリウム、オキシ塩化イットリウム、三臭化イットリウム、オキシ臭化イットリウム、三ヨウ化イットリウム、オキシヨウ化イットリウム等のイットリウム化合物;
タングステン(VI)メトキシド、タングステン(VI)エトキシド、タングステン(VI)プロポキシド、タングステン(VI)イソプロポキシド、タングステン(VI)ブトキシド、タングステン(VI)イソブトキシド、タングステン(VI)ペントキシド、タングステン(VI)アセチルアセトナート、タングステン(VI)タングステンジイソプロポキシドジアセチルアセトナート(W(acac)3(O-iPr)3)、ヘキサキスジエチルアミノタングステン(VI)、ヘキサキス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)タングステン(VI)、タングステン(VI)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、ヘキサキス-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシタングステン(VI)、六塩化タングステン、四塩化タングステン、オキシ塩化タングステン、六臭化タングステン、四臭化タングステン、オキシ臭化タングステン、六ヨウ化タングステン、四ヨウ化タングステン、オキシヨウ化タングステン等のタングステン化合物;
セリウム(III)メトキシド、セリウム(III)エトキシド、セリウム(III)プロポキシド、セリウム(III)イソプロポキシド、セリウム(III)ブトキシド、セリウム(III)イソブトキシド、セリウム(III)ペントキシド、セリウム(III)アセチルアセトナート、セリウムイソプロポキシドアセチルアセトナート(Ce(acac)(O-iPr)2、Ce(acac)2(O-iPr))、トリスジエチルアミノセリウム、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)セリウム、セリウム(III)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、トリス-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシセリウム(III)、三塩化セリウム、オキシ塩化セリウム、三臭化セリウム、オキシ臭化セリウム、三ヨウ化セリウム、オキシヨウ化セリウム等のセリウム化合物;
アルミニウムメトキシド、アルミニウムエトキシド、アルミニウムプロポキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムブトキシド、アルミニウムイソブトキシド、アルミニウムペントキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、アルミニウムイソプロポキシドアセチルアセトナート(Al(acac)(O-iPr)2、Al(acac)2(O-iPr))、トリスジエチルアミノアルミニウム、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)アルミニウム、アルミニウムヘキサフルオロアセチルアセトナート、トリス-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシアルミニウム、三塩化アルミニウム、オキシ塩化アルミニウム、三臭化アルミニウム、オキシ臭化アルミニウム、三ヨウ化アルミニウム、オキシヨウ化アルミニウム等のアルミニウム化合物;
ストロンチウムメトキシド、ストロンチウムエトキシド、ストロンチウムプロポキシド、ストロンチウムイソプロポキシド、ストロンチウムブトキシド、ストロンチウムイソブトキシド、ストロンチウムペントキシド、ストロンチウムアセチルアセトナート、ビスジエチルアミノストロンチウム、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)ストロンチウム、ストロンチウムヘキサフルオロアセチルアセトナート、ビス-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシストロンチウム、二塩化ストロンチウム、オキシ塩化ストロンチウム、二臭化ストロンチウム、オキシ臭化ストロンチウム、二ヨウ化ストロンチウム、オキシヨウ化ストロンチウム等のストロンチウム化合物;
スズ(IV)メトキシド、スズ(IV)エトキシド、スズ(IV)プロポキシド、スズ(IV)イソプロポキシド、スズ(IV)ブトキシド、スズ(IV)イソブトキシド、スズ(IV)ペントキシド、スズ(II)アセチルアセトナート、スズ(IV)ジイソプロポキシドジアセチルアセトナート(Sn(acac)2(O-iPr)2)、テトラキスジエチルアミノスズ、テトラキス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)スズ、スズ(II)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、テトラ-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシスズ(IV)、四塩化スズ、二塩化スズ、オキシ塩化スズ、四臭化スズ、二臭化スズ、オキシ臭化スズ、四ヨウ化スズ、二ヨウ化スズ、オキシヨウ化スズ等のスズ化合物;
が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
三塩化クロム、二塩化クロム、オキシ塩化クロム、クロム(III)エトキシド、クロム(III)イソプロポキシド、クロム(III)ブトキシド、クロム(III)アセチルアセトナート、クロム(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Cr(acac)(O-iPr)2、
三塩化マンガン、二塩化マンガン、オキシ塩化マンガン、マンガン(III)エトキシド、マンガン(III)イソプロポキシド、マンガン(III)ブトキシド、マンガン(III)アセチルアセトナート、マンガン(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Mn(acac)(O-iPr)2、Mn(acac)2(O-iPr)、
三塩化鉄、二塩化鉄、オキシ塩化鉄、鉄(III)エトキシド、鉄(III)イソプロポキシド、鉄(III)ブトキシド、鉄(III)アセチルアセトナート、鉄(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Fe(acac)(O-iPr)2、Fe(acac)2(O-iPr))、
三塩化コバルト、二塩化コバルト、オキシ塩化コバルト、コバルト(II)エトキシド、コバルト(II)イソプロポキシド、コバルト(II)ブトキシド、コバルト(III)アセチルアセトナート、コバルト(II)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Co(acac)(O-iPr))、コバルト(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Co(acac)(O-iPr)2、Co(acac)2(O-iPr))、
二塩化ニッケル、オキシ塩化ニッケル、ニッケル(II)エトキシド、ニッケル(II)イソプロポキシド、ニッケル(II)ブトキシド、ニッケル(II)アセチルアセトナート、ニッケル(II)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Ni(acac)(O-iPr))、
二塩化銅、オキシ塩化銅、銅(II)エトキシド、銅(II)イソプロポキシド、銅(II)ブトキシド、銅(II)アセチルアセトナート、
三塩化イットリウム、オキシ塩化イットリウム、イットリウム(III)エトキシド、イットリウム(III)イソプロポキシド、イットリウム(III)ブトキシド、イットリウム(III)アセチルアセトナート、イットリウム(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Y(acac)(O-iPr)2、Y(acac)2(O-iPr))、
六塩化タングステン、四塩化タングステン、オキシ塩化タングステン、タングステン(VI)エトキシド、タングステン(VI)イソプロポキシド、タングステン(VI)ブトキシド、タングステン(VI)アセチルアセトナート、タングステン(VI)タングステンジイソプロポキシドジアセチルアセトナート(W(acac)3(O-iPr)3)、
三塩化セリウム、オキシ塩化セリウム、セリウム(III)エトキシド、セリウム(III)イソプロポキシド、セリウム(III)ブトキシド、セリウム(III)アセチルアセトナート、セリウムイソプロポキシドアセチルアセトナート(Ce(acac)(O-iPr)2、Ce(acac)2(O-iPr))、
三塩化アルミニウム、オキシ塩化アルミニウム、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムブトキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、アルミニウムイソプロポキシドアセチルアセトナート(Al(acac)(O-iPr)2、Al(acac)2(O-iPr))、
二塩化ストロンチウム、オキシ塩化ストロンチウム、ストロンチウムエトキシド、ストロンチウムイソプロポキシド、ストロンチウムブトキシド、ストロンチウムアセチルアセトナート、
四塩化スズ、二塩化スズ、オキシ塩化スズ、スズ(IV)メトキシド、スズ(IV)エトキシド、スズ(IV)イソプロポキシド、スズ(IV)ブトキシド、スズ(IV)アセチルアセトナート、スズ(IV)ジイソプロポキシドジアセチルアセトナート(Sn(acac)2(O-iPr)2)が好ましく、
三塩化クロム、二塩化クロム、クロム(III)エトキシド、クロム(III)アセチルアセトナート、
三塩化マンガン、二塩化マンガン、マンガン(III)エトキシド、マンガン(III)アセチルアセトナート、
三塩化鉄、二塩化鉄、鉄(III)エトキシド、鉄(III)イソプロポキシド、鉄(III)ブトキシド、鉄(III)アセチルアセトナート、
三塩化コバルト、二塩化コバルト、コバルト(II)エトキシド、コバルト(II)イソプロポキシド、コバルト(II)ブトキシド、コバルト(III)アセチルアセトナート、
二塩化ニッケル、ニッケル(II)エトキシド、ニッケル(II)イソプロポキシド、ニッケル(II)ブトキシド、ニッケル(II)アセチルアセトナート、
二塩化銅、オキシ塩化銅、銅(II)エトキシド、銅(II)イソプロポキシド、銅(II)アセチルアセトナート、
三塩化イットリウム、イットリウム(III)エトキシド、イットリウム(III)イソプロポキシド、イットリウム(III)アセチルアセトナート、
六塩化タングステン、四塩化タングステン、タングステン(VI)エトキシド、タングステン(VI)イソプロポキシド、タングステン(VI)アセチルアセトナート、
三塩化セリウム、セリウム(III)エトキシド、セリウム(III)イソプロポキシド、セリウム(III)ブトキシド、セリウム(III)アセチルアセトナート、
三塩化アルミニウム、アルミニウムエトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムブトキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、
二塩化ストロンチウム、ストロンチウムエトキシド、ストロンチウムイソプロポキシド、ストロンチウムブトキシド、ストロンチウムアセチルアセトナート、
四塩化スズ、二塩化スズ、スズ(IV)メトキシド、スズ(IV)エトキシド、スズ(IV)イソプロポキシド、スズ(IV)ブトキシド、スズ(IV)アセチルアセトナートがさらに好ましい。
遷移金属化合物(M12)の具体例としては、
鉄(III)エトキシド、鉄(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Fe(acac)(O-iPr)2、Fe(acac)2(O-iPr))、鉄(III)アセチルアセトナート、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)鉄(III)、鉄(III)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、硫酸鉄(III)、硫化鉄(II)、硫化鉄(III)、フェロシアン化カリウム、フェリシアン化カリウム、フェロシアン化アンモニウム、フェリシアン化アンモニウム、フェロシアン化鉄、硝酸鉄(II)、硝酸鉄(III)、シュウ酸鉄(II)、シュウ酸鉄(III)、リン酸鉄(II)、リン酸鉄(III)フェロセン、水酸化鉄(II)、水酸化鉄(III)、酸化鉄(II)、酸化鉄(III)、四酸化三鉄、酢酸鉄(II)、乳酸鉄(II)、クエン酸鉄(III)等の鉄化合物;
ニッケル(II)エトキシド、ニッケル(II)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Ni(acac)(O-iPr))、ニッケル(II)アセチルアセトナート、塩化ニッケル(II)、硫酸ニッケル(II)、硫化ニッケル(II)、硝酸ニッケル(II)、シュウ酸ニッケル(II)、リン酸ニッケル(II)、ニッケルセン、水酸化ニッケル(II)、酸化ニッケル(II)、酢酸ニッケル(II)、乳酸ニッケル(II)等のニッケル化合物;
クロム(III)エトキシド、クロム(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Cr(acac)(O-iPr)2、Cr(acac)2(O-iPr))、クロム(III)アセチルアセトナート、塩化クロム(II)、塩化クロム(III)、硫酸クロム(III)、硫化クロム(III)、硝酸クロム(III)、シュウ酸クロム(III)、リン酸クロム(III)、水酸化クロム(III)、酸化クロム(II)、酸化クロム(III)、酸化クロム(IV)、酸化クロム(VI)、酢酸クロム(II)、酢酸クロム(III)、乳酸クロム(III)等のクロム化合物;
コバルト(III)エトキシド、コバルト(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Co(acac)(O-iPr)2、Co(acac)2(O-iPr))、コバルト(III)アセチルアセトナート、塩化コバルト(II)、塩化コバルト(III)、硫酸コバルト(II)、硫化コバルト(II)、硝酸コバルト(II)、硝酸コバルト(III)、シュウ酸コバルト(II)、リン酸コバルト(II)、コバルトセン、水酸化コバルト(II)、酸化コバルト(II)、酸化コバルト(III)、四酸化三コバルト、酢酸コバルト(II)、乳酸コバルト(II)等のコバルト化合物;
マンガン(III)エトキシド、マンガン(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート(Mn(acac)(O-iPr)2、Mn(acac)2(O-iPr))、マンガン(III)アセチルアセトナート、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)マンガン(III)、マンガン(III)ヘキサフルオロアセチルアセトン、塩化マンガン(II)、硫酸マンガン(II)、硫化マンガン(II)、硝酸マンガン(II)、シュウ酸マンガン(II)、水酸化マンガン(II)、酸化マンガン(II)、酸化マンガン(III)、酢酸マンガン(II)、乳酸マンガン(II)、クエン酸マンガン等のマンガン化合物;
が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
鉄(III)エトキシド、鉄(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート、鉄(III)アセチルアセトナート、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、フェロシアン化カリウム、フェリシアン化カリウム、フェロシアン化アンモニウム、フェリシアン化アンモニウム、酢酸鉄(II)、乳酸鉄(II)、硝酸鉄(II)、
ニッケル(III)エトキシド、ニッケル(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート、ニッケル(III)アセチルアセトナート、塩化ニッケル(II)、塩化ニッケル(III)、酢酸ニッケル(II)、乳酸ニッケル(II)、硝酸ニッケル(II)、
クロム(III)エトキシド、クロム(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート、クロム(III)アセチルアセトナート、塩化クロム(II)、塩化クロム(III)、酢酸クロム(II)、酢酸クロム(III)、乳酸クロム(III)、硝酸クロム(III)、
コバルト(III)エトキシド、コバルト(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート、コバルト(III)アセチルアセトナート、塩化コバルト(II)、塩化コバルト(III)、酢酸コバルト(II)、乳酸コバルト(II)、硝酸コバルト(II)、
マンガン(III)エトキシド、マンガン(III)イソプロポキシドアセチルアセトナート、マンガン(III)アセチルアセトナート、塩化マンガン(II)、酢酸マンガン(II)、乳酸マンガン(II)、硝酸マンガン(II)が好ましく、
塩化鉄(II)、塩化鉄(III)、フェロシアン化カリウム、フェリシアン化カリウム、フェロシアン化アンモニウム、フェリシアン化アンモニウム、酢酸鉄(II)、乳酸鉄(II)、塩化クロム(II)、塩化クロム(III)、酢酸クロム(II)、酢酸クロム(III)、乳酸クロム(III)がさらに好ましい。
チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシド、チタンテトライソブトキシド、チタンテトラペントキシド、チタンテトラアセチルアセトナート、チタンジイソプロポキシドジアセチルアセトナート(Ti(acac)2(O-iPr)2)チタンオキシジアセチルアセトナート、トリス(アセチルアセトナト)第二チタン塩化物([Ti(acac)3]2[TiCl6])、四塩化チタン、三塩化チタン、オキシ塩化チタン、四臭化チタン、三臭化チタン、オキシ臭化チタン、四ヨウ化チタン、三ヨウ化チタン、オキシヨウ化チタン等のチタン化合物;
ニオブペンタメトキシド、ニオブペンタエトキシド、ニオブペンタイソプロポキシド、ニオブペンタブトキシド、ニオブペンタペントキシド、ニオブトリアセチルアセトナート、ニオブペンタアセチルアセトナート、ニオブジイソプロポキシドトリアセチルアセトナート(Nb(acac)3(O-iPr)2)、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)ニオブ、ニオブ(III)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、五塩化ニオブ、オキシ塩化ニオブ、五臭化ニオブ、オキシ臭化ニオブ、五ヨウ化ニオブ、オキシヨウ化ニオブ等のニオブ化合物;
ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラプロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ジルコニウムテトライソブトキシド、ジルコニウムテトラペントキシド、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムジイソプロポキシドジアセチルアセトナート(Zr(acac)2(O-iPr)2)、テトラキスジエチルアミノジルコニウム、テトラキス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)ジルコニウム、ジルコニウム(IV)ヘキサフルオロアセチルアセトナート、テトラ-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシジルコニウム(IV)、四塩化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、四臭化ジルコニウム、オキシ臭化ジルコニウム、四ヨウ化ジルコニウム、オキシヨウ化ジルコニウム等のジルコニウム化合物;
タンタルペンタメトキシド、タンタルペンタエトキシド、タンタルペンタイソプロポキシド、タンタルペンタブトキシド、タンタルペンタペントキシド、タンタルテトラエトキシアセチルアセトナート、タンタルジイソプロポキシドジアセチルアセトナート(Ta(acac)2(O-iPr)2)、ペンタキスジエチルアミノタンタル、五塩化タンタル、オキシ塩化タンタル、五臭化タンタル、オキシ臭化タンタル、五ヨウ化タンタル、オキシヨウ化タンタル等のタンタル化合物;
ハフニウムテトラメトキシド、ハフニウムテトラエトキシド、ハフニウムテトラプロポキシド、ハフニウムテトライソプロポキシド、ハフニウムテトラブトキシド、ハフニウムテトライソブトキシド、ハフニウムテトラペントキシド、ハフニウムテトラアセチルアセトナート、テトラキスジエチルアミノハフニウム、テトラ-1-メトキシ-2-メチル-2-プロポキシハフニウム(IV)、ハフニウム(IV)アセチルアセトナート、テトラキス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)ハフニウム、ハフニウム(IV)ヘキサフルオロアセチルアセトン、四塩化ハフニウム、オキシ塩化ハフニウム、臭化ハフニウム、オキシ臭化ハフニウム、ヨウ化ハフニウム、オキシヨウ化ハフニウム等のハフニウム化合物;
バナジウム(V)トリメトキシドオキシド、バナジウム(V)エトキシド、バナジウム(V)トリエトキシドオキシド、バナジウム(V)トリ−i−プロポキシドオキシド、バナジウム(V)トリ−n−ブトキシドオキシド、バナジウム(V)トリ−t−ブトキシドオキシド、バナジウム(V)イソプロポキシドアセチルアセトナート(V(acac)(O-iPr)4、V(acac)2(O-iPr)3、V(acac)3(O-iPr)2、V(acac)4(O-iPr))、バナジウム(III)アセチルアセトナート、バナジウム(III)アセチルアセトン、トリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオン)バナジウム(III)、バナジウム(III)ヘキサフルオロアセチルアセトン、塩化バナジウム(II)、塩化バナジウム(III)、塩化バナジウム(IV)、オキシ三塩化バナジウム(V)、臭化バナジウム(III)、オキシ臭化バナジウム(V)、ヨウ化バナジウム(III)、オキシヨウ化バナジウム(V)等のバナジウム化合物;
が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
チタンテトラエトキシド、四塩化チタン、オキシ塩化チタン、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラアセチルアセトナート、チタンジイソプロポキシドジアセチルアセトナート(Ti(acac)2(O-iPr)2)、
ニオブペンタエトキシド、五塩化ニオブ、オキシ塩化ニオブ、ニオブペンタイソプロポキシド、ニオブペンタアセチルアセトナート、ニオブトリアセチルアセトナート、ニオブジイソプロポキシドトリアセチルアセトナート(Nb(acac)3(O-iPr)2)、
ジルコニウムテトラエトキシド、四塩化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムジイソプロポキシドジアセチルアセトナート(Zr(acac)2(O-iPr)2)、
タンタルペンタメトキシド、タンタルペンタエトキシド、五塩化タンタル、オキシ塩化タンタル、タンタルペンタイソプロポキシド、タンタルテトラエトキシアセチルアセトナート(Ta(acac)(O-C2H5)4)、タンタルジイソプロポキシドトリアセチルアセトナート(Ta(acac)3(O-iPr)2)、
バナジウム(V)トリメトキシドオキシド、バナジウム(V)エトキシド、バナジウム(V)トリエトキシドオキシド、バナジウム(V)トリ−i−プロポキシドオキシド、バナジウム(V)トリ−n−ブトキシドオキシド、バナジウム(V)トリ−t−ブトキシドオキシド、バナジウム(V)イソプロポキシドアセチルアセトナート(V(acac)(O-iPr)4、V(acac)2(O-iPr)3、V(acac)3(O-iPr)2、V(acac)4(O-iPr))、バナジウム(III)アセチルアセトナート、バナジウム(III)アセチルアセトン、塩化バナジウム(III)、塩化バナジウム(IV)が好ましく、
五塩化チタン、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラアセチルアセトナート、ニオブペンタエトキシド、ニオブペンタイソプロポキシド、四塩化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、ジルコニウムテトライソプロポキシド、タンタルペンタイソプロポキシド、バナジウム(V)トリ−i−プロポキシドオキシド、バナジウム(III)アセチルアセトン、塩化バナジウム(III)がさらに好ましい。
前記窒素含有有機化合物(2)としては、前記金属化合物(1)中の金属原子に配位可能な配位子となり得る化合物(好ましくは、単核の錯体を形成し得る化合物)が好ましく、多座配位子(好ましくは、2座配位子または3座配位子)となり得る(キレートを形成し得る)化合物がさらに好ましい。
前記窒素含有有機化合物(2)は、好ましくは、アミノ基、ニトリル基、イミド基、イミン基、ニトロ基、アミド基、アジド基、アジリジン基、アゾ基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、オキシム基、ジアゾ基、ニトロソ基などの官能基、またはピロール環、ポルフィリン環、ピロリジン環、イミダゾール環、トリアゾール環、ピリジン環、ピペリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、プリン環等の環(これらの官能基および環をまとめて「含窒素分子団」ともいう。)を有する。
分子中に酸素原子を含む前記窒素含有有機化合物(2)としては、前記含窒素分子団および前記含酸素分子団を有する化合物が好ましい。このような化合物は、工程(1)を経て、前記金属化合物(1)に由来する金属原子に特に強く配位できると考えられる。
前記アミノ酸としては、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、ノルバリン、グリシルグリシン、トリグリシンおよびテトラグリシンが好ましく、得られる触媒の活性が高いことから、アラニン、グリシン、リシン、メチオニン、チロシンがより好ましく、得られる触媒が極めて高い活性を示すことから、アラニン、グリシンおよびリシンが特に好ましい。
本発明の製造方法においては、工程(1)において、さらに以下の化合物(3)も混合することによって、さらに高い触媒活性を有する電極触媒が製造することができる。
テトラフルオロホウ酸四級アンモニウム塩(たとえば、テトラフルオロホウ酸テトラ−n−ブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸テトラメチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸テトラプロピルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸テトラブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸エチルトリメチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸ジエチルジメチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸トリエチルメチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸メチルトリプロピルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸エチルトリプロピルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸トリメチルプロピルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸エチルジメチルプロピルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸ジエチルメチルプロピルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸トリエチルプロピルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸ジメチルジプロピルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸エチルメチルジプロピルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸ジエチルジプロピルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸トリメチルブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸エチルジメチルブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸ジエチルメチルブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸トリエチルブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸トリプロピルブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸ジメチルジブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸エチルメチルジブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸ジエチルジブチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸へキシルトリメチルアンモニウム(前記プロピルはn−プロピル、i−プロピルを含み、前記ブチルはn−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、t−ブチルを含む。))、
テトラフルオロホウ酸四級ピリジニウム塩(たとえば、テトラフルオロホウ酸ピリジニウム、テトラフルオロホウ酸1−メチルピリジニウム、テトラフルオロホウ酸2−ブロモ−1−エチルピリジニウム、テトラフルオロホウ酸1−ブチルピリジニウム)、
テトラフルオロホウ酸四級イミダゾリウム塩(たとえば、テトラフルオロホウ酸1,3−ジメチルイミダゾリウム、テトラフルオロホウ酸1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、テトラフルオロホウ酸1,3−ジエチルイミダゾリウム、テトラフルオロホウ酸1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウム、テトラフルオロホウ酸1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウム、テトラフルオロホウ酸1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム)、
アルキル基の水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されたフルオロアルキルホウ酸(たとえば、ノナコサデカフルオロテトラデシルホウ酸、ヘプタコサデカフルオロトリデシルホウ酸、ペンタコサデカフルオロドデシルホウ酸、トリコサデカフルオロウンデシルホウ酸、ヘンイコサデカフルオロデシルホウ酸、ノナデカフルオロノニルホウ酸、ヘプタデカフルオロオクチルホウ酸、ペンタデカフルオロヘプチルホウ酸、トリデカフルオロヘキシルホウ酸、ウンデカフルオロペンチルホウ酸、ノナフルオロブチルホウ酸、ヘプタフルオロプロピルホウ酸、ペンタフルオロエチルホウ酸、トリフルオロメチルホウ酸および2,2,2−トリフルオロエチルホウ酸)
前記フルオロアルキルホウ酸のモノエステルおよびジエステル(たとえば、メチルエステル、エチルエステル)、および
前記フルオロアルキルホウ酸の塩(たとえば、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、メチルアンモニウム塩、ジメチルアンモニウム塩、トリメチルアンモニウム塩、およびトリエチルアンモニウム塩)、
が挙げられる。
ヘキサフルオロリン酸塩、たとえば、ヘキサフルオロリン酸四級アンモニウム塩(たとえば、ヘキサフルオロリン酸テトラ‐n‐ブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラメチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラエチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラプロピルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸エチルトリメチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸ジエチルジメチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸トリエチルメチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸メチルトリプロピルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸エチルトリプロピルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸トリメチルプロピルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸エチルジメチルプロピルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸ジエチルメチルプロピルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸トリエチルプロピルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸ジメチルジプロピルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸エチルメチルジプロピルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸ジエチルジプロピルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸トリメチルブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸エチルジメチルブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸ジエチルメチルブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸トリエチルブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸トリプロピルブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸ジメチルジブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸エチルメチルジブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸ジエチルジブチルアンモニウム、テトラフルオロリン酸へキシルトリメチルアンモニウム(前記プロピルはn−プロピル、i−プロピル、前記ブチルはn−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、t−ブチルを含む。)、
ヘキサフルオロリン酸四級ピリジニウム塩(たとえば、ヘキサフルオロリン酸ピリジニウム、ヘキサフルオロリン酸1−メチルピリジニウム、ヘキサフルオロリン酸2−ブロモ−1−エチルピリジニウム)、
テトラフルオロリン酸四級イミダゾリウム塩(たとえば、テトラフルオロリン酸1,3−ジメチルイミダゾリウム、テトラフルオロリン酸1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、テトラフルオロリン酸1,3−ジエチルイミダゾリウム、テトラフルオロリン酸1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウム、テトラフルオロリン酸1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウム、テトラフルオロリン酸1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム)、
ヘキサフルオロリン酸、
前記ヘキサフルオロリン酸の塩(たとえば、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、アルキルアンモニウム(たとえば、メチルアンモニウム、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、エチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、およびトリエチルアンモニウム)塩)
一般式:(RO)nP=Oで表わされるフルオロアルキルリン酸エステル(式中、nは1〜3であり、Rはアルキル基の水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されたフルオロアルキル基(たとえば、ノナコサデカフルオロテトラデシル基、ノナコサデカフルオロテトラデシル基、ヘプタコサデカフルオロトリデシル基、ペンタコサデカフルオロドデシル基、トリコサデカフルオロウンデシル基、ヘンイコサデカフルオロデシル基、ノナデカフルオロノニル基、ヘプタデカフルオロオクチル基、ペンタデカフルオロヘプチル基、トリデカフルオロヘキシル基、ウンデカフルオロペンチル基、ノナフルオロブチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ペンタフルオロエチル基、トリフルオロメチル基および2,2,2−トリフルオロエチル基)である。)、
一般式:(RN)3P=O、(RN)2P=O(OH)、または(RN)P=O(OH)2(式中、Rは前記フルオロアルキル基を表す。)で表されるフルオロアルキルリン酸アミド、
一般式(RO)3P、(RO)2(OH)P、または(RO)(OH)2P(式中、前記フルオロアルキル基を表す。)で表わされるフルオロアルキル亜リン酸、
一般式(RN)3P、(RN)2P(OH)、(RN)P(OH)2(式中、Rは前記フルオロアルキル基を表す。)で表わされるフルオロアルキル亜リン酸アミド、
一般式:RPO(OH)2(式中、Rは前記フルオロアルキル基を表す。)で表わされるフルオロアルキルホスホン酸。
が挙げられる。
テトラフルオロエチレンとパーフルオロ[2−(フルオロスルホニルエトキシ)プロピルビニルエーテル]との共重合体(たとえば、ナフィオン(NAFION(登録商標)、下式で表わされる構造を有する共重合体))、
前記フルオロアルキルスルホン酸のエステル(たとえば、メチルエステル、エチルエステル、アリールエステル(例えば、フェニルエステル))
前記フルオロアルキルスルホン酸の塩(一般式:A[RSO3]、Rは前記フルオロアルキル基を表す。)(ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、アルキルアンモニウム(たとえば、メチルアンモニウム、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、エチルアンモニウム、ジエチルアンモニウム、およびトリエチルアンモニウム)塩)、
前記フルオロアルキルスルホン酸のアミド(一般式:R−SO2−NR1R2、Rは前記フルオロアルキル基を、R1およびR2はそれぞれ独立に、水素原子の全部または一部がフッ素原子で置換されていてもよい炭素原子数1〜10の炭化水素基(たとえば、メチル基、エチル基、フェニル基)表す。)、
前記フルオロアルキルスルホン酸の酸無水物(一般式:(R−SO2)2O、Rは前記フルオロアルキル基を表す。)、
前記フルオロアルキルスルホン酸のハロゲン化物(一般式:(R−SO2)X、Rは前記フルオロアルキル基を表す。Xはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素を表す。)
が挙げられる。
より好ましくは、トリフルオロメタンスルホン酸、ヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸、ノナフルオロ−1−ブタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸テトラブチルアンモニウム、ヘプタデカフルオロオクタンスルホン酸アンモニウム、トリフルオロメタンスルホン酸第一鉄が挙げられ、
さらに、界面活性能がある骨格つまり、分子内に疎水性部位と親水性部位が存在すると反応系内の安定化がはかれるのでさらに好ましい。
前記化合物(3)を用いる場合には、工程(1)で用いられる前記化合物(3)に含まれる元素Aの量(すなわち、工程(1)で用いられる前記化合物(3)に含まれる元素Aの総原子数)は、工程(1)で用いられる前記金属化合物(1)中の金属原子1モルに対して、通常0.01〜3モル、好ましくは0.01〜2モル、さらに好ましくは0.01〜1モルである。
前記溶媒としては、たとえば水、アルコール類および酸類が挙げられる。アルコール類としては、エタノール、メタノール、ブタノール、プロパノールおよびエトキシエタノールが好ましく、エタノールおよびメタノールがさらに好ましい。酸類としては、酢酸、硝酸(水溶液)、塩酸、リン酸水溶液およびクエン酸水溶液が好ましく、酢酸および硝酸がさらに好ましい。これらは、1種単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
前記溶媒は、触媒前駆体溶液100重量%中にたとえば50〜95重量%となるような量で用いてもよい。
前記金属化合物(1)が、ハロゲン原子を含む場合には、これらの化合物は一般的に水によって容易に加水分解され、水酸化物や、酸塩化物等の沈殿を生じやすい。よって、前記金属化合物(1)がハロゲン原子を含む場合には、強酸を溶液(触媒前駆体溶液)中に1重量%以上となる量で添加することが好ましい。たとえば酸が塩酸であれば、溶液(触媒前駆体溶液)中の塩化水素の濃度が5重量%以上、より好ましくは10重量%以上となるように酸を添加すると、前記金属化合物(1)に由来する水酸化物、酸塩化物等の沈殿の発生を抑制しつつ、澄明な触媒前駆体溶液を得ることができる。
前記金属化合物(1)が金属錯体であって、かつ前記溶媒として水を単独でまたは水と他の化合物とを用いる場合にも、水酸化物または酸塩化物の沈殿の発生を抑制するための沈殿抑制剤を用いることが好ましい。この場合の沈殿抑制剤としては、ジケトン構造を有する化合物が好ましく、ジアセチル、アセチルアセトン、2,5−ヘキサンジオンおよびジメドンがより好ましく、アセチルアセトンおよび2,5−ヘキサンジオンがさらに好ましい。
工程(1)では、好ましくは、前記金属化合物(1)および前記沈殿抑制剤を含む溶液を調製して、次いでこの溶液と前記窒素含有有機化合物(2)および任意に前記化合物(3)とを混合して触媒前駆体溶液を得る。このように工程(1)を実施すると、前記沈殿の発生をより確実に抑制することができる。
工程(2)では、工程(1)で得られた前記触媒前駆体溶液から溶媒を除去する。
溶媒の除去は大気下で行ってもよく、不活性ガス(例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム)雰囲気下で行ってもよい。不活性ガスとしては、コストの観点から、窒素およびアルゴンが好ましく、窒素がより好ましい。
また、前記混合物を収容している容器の真空度を調節しながら溶媒の除去を行う場合には、密閉できる容器で乾燥を行うこととなるため、容器ごと回転させながら溶媒の除去を行うこと、たとえばロータリーエバポレーターを使用して溶媒の除去を行うことが好ましい。
工程(3)では、工程(2)で得られた固形分残渣を熱処理して電極触媒を得る。
この熱処理の際の温度は、500〜1100℃であり、好ましくは600〜1050℃であり、より好ましくは700〜950℃である。
静置法とは、静置式の電気炉などに工程(2)で得られた固形分残渣を置き、これを加熱する方法である。加熱の際に、量り取った前記固形分残渣は、アルミナボード、石英ボードなどのセラミックス容器に入れてもよい。静置法は、大量の前記固形分残渣を加熱することができる点で好ましい。
触媒活性の特に高い電極触媒を得たい場合には、厳密な温度制御が可能な、電気を熱源とした電気炉を用いることが望ましい。
前記熱処理の際の圧力は特に制限されず、製造の安定性とコストなどを考慮して大気圧下で熱処理を行ってもよい。
本発明の熱処理物は、
少なくとも金属化合物(1)と、窒素含有有機化合物(2)と、溶媒と、任意にホウ素、リンおよび硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素Aならびにフッ素を含有する化合物(3)とを混合して触媒前駆体溶液を得る工程(1)、
前記触媒前駆体溶液から溶媒を除去する工程(2)、および
工程(2)で得られた固形分残渣を500〜1100℃の温度で熱処理する工程(3)
を経て得られ、
前記金属化合物(1)の一部または全部が、金属元素として周期表第4族および第5族の元素から選ばれる少なくとも1種の金属元素M1を含有する金属化合物(M1)であり、
前記工程(1)で用いられる成分のうち溶媒以外の少なくとも1つの成分が酸素原子を有する(すなわち、前記化合物(3)を用いる場合には、化合物(1)、化合物(2)および化合物(3)の少なくとも1つが酸素原子を有し、化合物(3)を用いない場合には、化合物(1)および化合物(2)の少なくとも1つが酸素原子を有する)
ことを特徴としている。
本発明の熱処理物は、後述する燃料電池用電極触媒として有用である。
[燃料電池用電極触媒]
本発明の燃料電池用電極触媒(以下、単に「触媒」ともいう)は、上述した本発明の燃料電池用電極触媒の製造方法により製造されることを特徴としている。また、本発明の触媒は、上述した本発明の熱処理物からなっていてもよい。
xの範囲は、より好ましくは0.15≦x≦9.0、さらに好ましくは0.2≦x≦8.0であり、特に好ましくは1.0≦x≦7.0であり、
yの範囲は、より好ましくは0.01≦y≦2.0、さらに好ましくは0.02≦y≦1.8であり、特に好ましくは0.03≦y≦1.5であり、
zの範囲は、より好ましくは0.05≦z≦5.0であり、さらに好ましくは0.1≦z≦4.0であり、特に好ましくは0.2≦z≦3.5であり、
aの範囲は、より好ましくは0.001≦a≦1であり、さらに好ましくは0.001≦a≦0.5であり、特に好ましくは0.001≦a≦0.2であり、
bの範囲は、より好ましくは0.0001≦b≦2であり、さらに好ましくは0.001≦b≦1であり、特に好ましくは0.001≦b≦0.2である。
本発明の燃料電池用電極触媒の製造方法によれば、比表面積の大きな燃料電池用電極触媒が製造され、本発明の触媒のBET法で算出される比表面積は、好ましくは30〜1000m2/g、より好ましくは30〜350m2/g、さらに好ましくは50〜300m2/g、特に好ましくは100〜300m2/gである。
電子伝導性物質であるカーボンに分散させた触媒が1質量%となるように、該触媒及びカーボンを溶剤中に入れ、超音波で攪拌し懸濁液を得る。なお、カーボンとしては、カーボンブラック(比表面積:100〜300m2/g)(例えばキャボット社製 VULCAN(登録商標) XC72)を用い、触媒とカーボンとが質量比で95:5になるように分散させる。また、溶剤としては、イソプロピルアルコール:水(質量比)=2:1を用いる。
本発明において、酸素還元電流密度は、以下のとおり求めることができる。
本発明の触媒は、白金触媒の代替触媒として使用することができる。
本発明の燃料電池用触媒層は、前記触媒を含むことを特徴としている。
前記触媒はある程度の導電性を有するが、触媒により多くの電子を与える、あるいは、反応基質が触媒から多くの電子を受け取るために、触媒に、導電性を付与するための担体粒子を混合してもよい。これらの担体粒子は、工程(1)〜工程(3)を経て製造された触媒に混合されてもよく、工程(1)〜工程(3)のいずれかの段階で混合されてもよい。
前記導電性高分子としては特に限定は無いが、例えばポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン、ポリアニリン、ポリアルキルアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリインドール、ポリ−1,5−ジアミノアントラキノン、ポリアミノジフェニル、ポリ(o−フェニレンジアミン)、ポリ(キノリニウム)塩、ポリピリジン、ポリキノキサリン、ポリフェニルキノキサリン等が挙げられる。これらの中でも、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェンが好ましく、ポリピロールがより好ましい。
燃料電池用触媒層の形成方法としては、特に制限はないが、たとえば、前記触媒と電子伝導性粒子と電解質とを含む懸濁液を、後述する電解質膜またはガス拡散層に塗布する方法が挙げられる。前記塗布する方法としては、ディッピング法、スクリーン印刷法、ロールコーティング法、スプレー法などが挙げられる。また、前記触媒と電子伝導性粒子と電解質とを含む懸濁液を、塗布法またはろ過法により基材に燃料電池用触媒層を形成した後、転写法で電解質膜に燃料電池用触媒層を形成する方法が挙げられる。
本発明の電極はカソードまたはアノードのいずれの電極にも用いることができる。本発明の電極は、耐久性に優れ、触媒能が大きいので、カソードに用いるとより産業上の優位性が高い。
まず、前記膜電極接合体11を、シール材(ガスケット12)、ガス流路付きセパレーター13、および集電板14を挟んでボルトで固定し、所定の面圧(4N)になるように締め付けて、固体高分子型燃料電池の単セルを作成する。
燃料電池の電極反応はいわゆる3相界面(電解質‐電極触媒‐反応ガス)で起こる。燃料電池は、使用される電解質などの違いにより数種類に分類され、溶融炭酸塩型(MCFC)、リン酸型(PAFC)、固体酸化物型(SOFC)、固体高分子型(PEFC)等がある。中でも、本発明の膜電極接合体は、固体高分子型燃料電池に使用することが好ましい。
本発明の燃料電池を備えることができる前記物品の具体例としては、ビル、家屋、テント等の建築物、蛍光灯、LED等、有機EL、街灯、屋内照明、信号機等の照明器具、機械、車両そのものを含む自動車用機器、家電製品、農業機器、電子機器、携帯電話等を含む携帯情報端末、美容機材、可搬式工具、風呂用品トイレ用品等の衛生機材、家具、玩具、装飾品、掲示板、クーラーボックス、屋外発電機などのアウトドア用品、教材、造花、オブジェ、心臓ペースメーカー用電源、ペルチェ素子を備えた加熱および冷却器用の電源が挙げられる。
実施例および比較例における各種測定は、下記の方法により行なった。
1.粉末X線回折測定
理学電機株式会社製 ロータフレックスを用いて、試料の粉末X線回折を行った。
X線出力(Cu−Kα):50kV、180mA
走査軸:θ/2θ
測定範囲(2θ):10.00°〜89.98°
測定モード:FT
読込幅:0.02°
サンプリング時間:0.70秒
DS、SS、RS:0.5°、0.5°、0.15mm
ゴニオメーター半径:185mm
各試料の粉末X線回折における回折線ピークの本数は、信号(S)とノイズ(N)の比(S/N)が2以上で検出できるシグナルを1つのピークとしてみなして数えた。
2.元素分析
<炭素、硫黄>
試料約0.01gを量り取り、炭素硫黄分析装置(堀場製作所製EMIA−920V)にて測定を行った。
試料約0.01gを量り取り、Niカプセルに試料を封入して、酸素窒素分析装置(LECO製TC600)にて測定を行った。
試料約0.1gを石英ビーカーに量り取り、硫酸,硝酸およびフッ酸を用いて試料を完全に加熱分解した。冷却後、この溶液を100mlに定容し、さらに適宜希釈し、ICP−OES(SII社製VISTA−PRO)またはICP−MS(Agilent社製HP7500)を用いて定量を行った。
試料数mgを、酸素気流下、水蒸気を通気しながら燃焼分解した。発生したガスを10mM Na2CO3(過酸化水素を含む。補正用標準Br‐:5ppm)に吸収させ、イオンクロマトグラフィーでフッ素の量を測定した。
試料燃焼装置:AQF−100((株)三菱化学アナリテック社製)
燃焼管温度:950℃(試料ボード移動による昇温分解)
イオンクロマトグラフィー測定条件
測定装置:DIONEX DX−500
溶離液:1.8mM Na2CO3+1.7mM NaHCO3
カラム(温度):ShodexSI−90(室温)
流速:1.0ml/分
注入量:25μl
検出器:電気伝導度検出器
サプレッサー:DIONEX ASRS−300
<ホウ素>
試料数十mgを、リン酸を加えた後、硫酸を加えて硫酸の白煙を発生するまで加熱し、放冷した。その後、硝酸添加→加熱→放冷の操作を数回繰り返した。これらの操作後の試料をポリ容器中で純水で50mlに定容後、定容物を(ただし、沈殿物が生じた場合には上澄み液を)純水で10倍希釈した。その後、ICP発光分析でホウ素量を測定した。
試料約0.02gを、硫酸を加え、硫酸の白煙が発生するまで加熱し、放冷後、硝酸を加え、完全分解するまで、硝酸添加→加熱→放冷の操作を繰り返した。これらの操作後の試料をポリ容器中で純水で100mlに定容した。白濁が認めた場合には、白濁が認められなくなるまでフッ酸を添加した。定容物を純水でさらに50倍に希釈し、ICP発光分析でリン量を測定した。
島津製作所株式会社製 マイクロメリティクス ジェミニ2360を用いてBET比表面積を測定した。前処理時間、前処理温度は、それぞれ30分、200℃に設定した。
1.触媒の製造
ビーカーに、アセチルアセトン2.60g(25.94mmol)を入れ、これを攪拌しながらスズ(IV)イソプロポキシド6.25g(17.59mmol)を加え、さらに酢酸28mlを2分間かけて滴下し、スズ溶液(1)を調製した。
触媒(1)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(1)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgとカーボン(キャボット社製 VULCAN(登録商標) XC72)5mgとを、イソプロピルアルコール:純水=2:1の質量比で混合した溶液10gに入れ、超音波で撹拌、懸濁して混合した。この混合物30μlをグラッシーカーボン電極(東海カーボン社製、直径:6mm)に塗布し、120℃で5分間乾燥して、カーボン電極表面に1.0mg以上の燃料電池用触媒層が形成した。さらに、燃料電池用触媒層の上に5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)を10倍にイソプロピルアルコールで希釈したもの10μlを塗布し、120℃で1時間乾燥し、燃料電池用電極(1)を得た。
作製した燃料電池用電極(1)を、酸素雰囲気および窒素雰囲気で、0.5mol/Lの硫酸水溶液中、30℃、5mV/秒の電位走査速度で分極し、それぞれ電流−電位曲線を測定した。その際、同濃度の硫酸水溶液中での可逆水素電極を参照電極とした。
すなわち、酸素還元開始電位が高いほど、酸素還元電流密度が大きいほど、燃料電池用電極における触媒の触媒能が高いことを示す。
触媒(1)は、酸素還元開始電位が0.95V(vs.RHE)、酸素還元電流密度が、0.80Vで0.513mA/cm2であった。
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液を用いなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行い、粉末状の触媒(2)281mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は12.3gであった。
触媒(2)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(2)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(2)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(2)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例3]
1.触媒の製造
酢酸鉄(II)を用いなかったこと以外は実施例1と同様の操作を行い、粉末状の触媒(3)224mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は14.7gであった。
触媒(3)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(3)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(3)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(3)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例4]
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液を用いなかったこと以外は実施例3と同様の操作を行い、粉末状の触媒(4)224mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は14.7gであった。
触媒(4)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(4)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(4)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(4)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例5]
1.触媒の製造
ビーカーに、酢酸16mlを入れ、これを攪拌しながらスズ(II)アセチルアセトナート5.58g(17.59mmol)を加え、スズ溶液(5)を調製した。
触媒(5)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(5)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(5)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(5)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例6]
1.触媒の製造
ビーカーに、酢酸70mlを入れ、これを攪拌しながらスズ(II)アセチルアセトナート5.58g(17.59mmol)を加え、スズ溶液(6)を調製した。
触媒(6)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(6)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(6)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(6)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例7]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール25mlを入れ、これを撹拌しながら四塩化スズ5.33g(20mmol)、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)12.5ml、酢酸鉄(II)355mg(2.049mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸10.15g(81.80mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(7)を得た。
触媒(7)の粉末X線回折スペクトルを図13に示す。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)95mgに替えて触媒(7)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(7)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例8]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール33mlを入れ、これを撹拌しながら四塩化スズ5.33g(20mmol)、酢酸鉄(II)355mg(2.045mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸10.15g(81.80mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(8)を得た。
触媒(8)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(8)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(8)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(8)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例9]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール50mlを入れ、これを撹拌しながら二塩化銅2.75g(20.45mmol)、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)10ml、酢酸鉄(II)355mg(2.045mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸10.15g(81.80mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(9)を得た。
触媒(9)の粉末X線回折スペクトルを図17に示す。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)95mgに替えて触媒(9)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(9)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例10]
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液の代わりにテトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウムを用いたこと以外は実施例9と同様の操作を行い、粉末状の触媒(10)667mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は3.00gであった。
触媒(10)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(10)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(10)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(10)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例11]
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液の代わりにヘキサフルオロリン酸テトラメチルアンモニウムを用いたこと以外は実施例9と同様の操作を行い、粉末状の触媒(11)708mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は2.89gであった。
触媒(11)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(11)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(11)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(11)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例12]
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液を用いなかったこと以外は実施例9と同様の操作を行い、粉末状の触媒(12)682mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は3.07gであった。
触媒(12)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(12)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(12)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(12)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例13]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール50mlを入れ、これを撹拌しながら三塩化セリウム5.05g(20.45mmol)、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)12.5ml、酢酸鉄(II)355mg(2.045mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸10.15g(81.80mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(13)を得た。
触媒(13)の粉末X線回折スペクトルを図25に示す。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)95mgに替えて触媒(13)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(13)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例14]
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液を用いなかったこと以外は実施例13と同様の操作を行い、粉末状の触媒(14)682mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は3.07gであった。
触媒(14)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(14)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(14)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(14)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例15]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール27mlを入れ、これを撹拌しながら三塩化アルミニウム3.45g(20.45mmol)、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)12.5ml、酢酸鉄(II)357mg(2.049mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸10.16g(81.80mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(15)を得た。
触媒(15)の粉末X線回折スペクトルを図29に示す。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)95mgに替えて触媒(15)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(15)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例16]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール37mlを入れ、これを撹拌しながら三塩化アルミニウム3.45g(20.45mmol)、酢酸鉄(II)355mg(2.045mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸10.16g(81.80mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(16)を得た。
触媒(16)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(16)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(16)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(16)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例17]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール45mlを入れ、これを撹拌しながら四塩化タングステン6.66g(20.45mmol)、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)12.5ml、酢酸鉄(II)355mg(2.049mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸10.15g(81.80mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(17)を得た。
触媒(17)の粉末X線回折スペクトルを図33に示す。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)95mgに替えて触媒(17)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(17)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例18]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール33mlを入れ、これを撹拌しながら四塩化タングステン6.66g(20.45mmol)、酢酸鉄(II)355mg(2.045mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸10.16g(81.80mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(18)を得た。
触媒(18)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(18)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(18)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(18)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例19]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール50mlを入れ、これを撹拌しながら三塩化イットリウム3.88g(20.45mmol)、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)12.5ml、酢酸鉄(II)355mg(2.045mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸10.15g(81.80mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(19)を得た。
触媒(19)の粉末X線回折スペクトルを図37に示す。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)95mgに替えて触媒(19)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(19)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例20]
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液を用いなかったこと以外は実施例19と同様の操作を行い、粉末状の触媒(20)597mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は9.61gであった。
触媒(20)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(20)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(20)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(20)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例21]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール50mlを入れ、これを撹拌しながら二塩化ニッケル5.31g(20.45mmol)、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)25ml、酢酸鉄(II)710mg(4.09mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸20.30g(163.6mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(21)を得た。
触媒(21)の粉末X線回折スペクトルを図41に示す。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)95mgに替えて触媒(21)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(21)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例22]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール100mlを入れ、これを撹拌しながら二塩化ニッケル5.30g(40.90mmol)、酢酸鉄(II)710mg(4.09mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸20.30g(163.6mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(22)を得た。
触媒(22)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(22)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(22)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(22)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例23]
1.触媒の製造
ビーカーに、酢酸58mlを入れ、これを撹拌しながらクロム(III)アセチルアセトナート6.14g(17.54mmol)を加え、クロム溶液(23)を調製した。
触媒(23)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(23)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(23)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(23)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例24]
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液を用いなかったこと以外は実施例23と同様の操作を行い、粉末状の触媒(24)262mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は13.4gであった。
触媒(24)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(24)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(24)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(24)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例25]
1.触媒の製造
ビーカーに、酢酸58mlを入れ、これを撹拌しながら鉄(III)アセチルアセトナート6.21g(17.59mmol)を加え、鉄溶液(25)を調製した。
触媒(25)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(25)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(25)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(25)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例26]
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液を用いなかったこと以外は実施例25と同様の操作を行い、粉末状の触媒(26)262mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は10.6gであった。
触媒(26)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(26)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(26)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(26)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例27]
1.触媒の製造
ビーカーに、酢酸128mlを入れ、これを撹拌しながらコバルト(II)アセチルアセトナート水和物5.16g(17.59mmol)を加え、コバルト溶液(27)を調製した。
触媒(27)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(27)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(27)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(27)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例28]
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液を用いなかったこと以外は実施例27と同様の操作を行い、粉末状の触媒(28)306mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は10.3gであった。
触媒(28)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(28)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(28)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(28)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例29]
1.触媒の製造
ビーカーに、酢酸128mlを入れ、これを撹拌しながらマンガン(III)アセチルアセトナート6.20g(17.59mmol)を加え、マンガン溶液(29)を調製した。
触媒(29)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(29)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(29)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(29)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例30]
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液を用いなかったこと以外は実施例29と同様の操作を行い、粉末状の触媒(30)315mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は9.76gであった。
触媒(30)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(30)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(30)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(30)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例31]
1.触媒の製造
ビーカーに、酢酸128mlを入れ、これを撹拌しながらストロンチウムビスアセチルアセトナート5.03g(17.59mmol)を加え、ストロンチウム溶液(31)を調製した。
触媒(31)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(31)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(31)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(31)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例32]
1.触媒の製造
ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液を用いなかったこと以外は実施例31と同様の操作を行い、粉末状の触媒(32)337mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は10.0gであった。
触媒(32)を構成する各元素の割合(原子数の比)および触媒(32)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(32)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(32)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例33]
1.触媒の製造
ビーカーに、メタノール100mlを入れ、これを撹拌しながら二塩化銅5.50g(40.9mmol)、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)25ml、酢酸鉄(II)711mg(4.09mmol)を順次加えた。得られた溶液にピラジンカルボン酸15.23g(121.6mmol)を少量ずつ加えた後、3時間の攪拌を行い触媒前駆体溶液(33)を得た。なおこの攪拌中に、時間の経過とともに沈殿物が生じた。
触媒(33)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(33)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(33)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(33)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例34]
2gの前記焼成用粉末(33)を、ロータリーキルン炉に水素ガスを4体積%含む窒素ガスを125ml/分の速度で流しながら、昇温速度10℃/分で1050℃まで加熱し、1050℃で1.5時間焼成し、自然冷却することにより、粉末状の触媒(34)778mgを得た。
触媒(34)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(34)のBET比表面積を表1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(34)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(34)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例35]
1.触媒の製造
塩化銅の代わりに二塩化銅1.37g(10.2mmol)、三塩化スズ1.94g(10.2mmol)を用い、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)の量を12.5mlに変更したこと以外は実施例9と同様の操作を行い、粉末状の触媒(35)337mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は4.68gであった。
触媒(35)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(35)のBET比表面積を表1−1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(35)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(35)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例36]
1.触媒の製造
二塩化銅の量を1.81g(13.5mmol)に変更し、三塩化スズの量を1.28g(6.75mmol)に変更したこと以外は実施例35と同様の操作を行い、粉末状の触媒(36)327mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は3.73gであった。
触媒(36)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(36)のBET比表面積を表1−1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(36)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(36)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例37]
1.触媒の製造
二塩化銅の量を0.907g(6.75mmol)に変更し、三塩化スズの量を2.56g(13.5mmol)に変更したこと以外は実施例35と同様の操作を行い、粉末状の触媒(37)275mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は5.10gであった。
触媒(37)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(37)のBET比表面積を表1−1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(37)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(37)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例38]
1.触媒の製造
塩化銅の代わりに二塩化銅1.37g(10.2mmol)、四塩化チタン 1.94g(10.2mmol)を用い、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)の量を12.5mlに変更したこと以外は実施例9と同様の操作を行い、粉末状の触媒(38)426mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末(33)の重量は3.52gであった。
触媒(38)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(38)のBET比表面積を表1−1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(38)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(38)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例39]
1.触媒の製造
四塩化チタンの量を1.28g(6.75mmol)に変更し、二塩化銅の量を1.81g(13.5mmol)に変更したこと以外は実施例38と同様の操作を行い、粉末状の触媒(39)425mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末(39)の重量は3.57gであった。
触媒(39)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(39)のBET比表面積を表1−1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(39)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(39)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例40]
1.触媒の製造
実施例39における焼成用粉末(39)の製造過程と同様の操作を行い、3.57gの焼成用粉末(40)を得た。
触媒(40)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(40)のBET比表面積を表1−1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(40)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(40)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例41]
1.触媒の製造
四塩化チタンの量を0.388g(2.04mmol)に変更し、二塩化銅の量を0.475g(18.4mmol)に変更したこと以外は実施例38と同様の操作を行い、粉末状の触媒(41)313mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末(41)の重量は3.39gであった。
触媒(41)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(41)のBET比表面積を表1−1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(41)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(41)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例42]
ビーカーに、酢酸8mlを入れ、これを攪拌しながらアセチルアセトン2.60g(25.9mmol)と、ジルコニアブトキシド7.94g(17.6mmol)を加え、ジルコニウム溶液(42)を調製した。
ロータリーエバポレーターを用い、窒素雰囲気の減圧下で、ホットスターラーの温度を約100℃に設定し、前記触媒前駆体溶液を加熱かつ攪拌しながら、溶媒をゆっくり蒸発させた。完全に溶媒を蒸発させて得られた固形物残渣を自動乳鉢で30分間すり潰して、7.79gの焼成用粉末(42)を得た。
触媒(42)の粉末X線回折スペクトルを図83に示す。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)95mgに替えて触媒(42)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(42)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例43]
ビーカーに、酢酸8mlを入れ、これを攪拌しながらアセチルアセトン1.30g(13.0mmol)と、ジルコニアブトキシド3.92g(10.2mmol)を加え、ジルコニウム溶液(43)を調製した。
触媒前駆体溶液(42)を触媒前駆体溶液(43)に変更したこと以外は実施例42と同様の操作を行い、粉末状の触媒(43)624mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末(43)の重量は5.34gであった。
触媒(43)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(43)のBET比表面積を表1−1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(43)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(43)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例44]
1.触媒の製造
塩化銅の代わりに四塩化チタン1.94g(10.2mmol)、三塩化スズ1.94g(10.2mmol)を用い、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)の量を12.5mlに変更したこと以外は実施例9と同様の操作を行い、粉末状の触媒(44)358mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末(44)の重量は5.00gであった。
触媒(44)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(44)のBET比表面積を表1−1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(44)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(44)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例45]
1.触媒の製造
塩化銅の代わりに二塩化銅1.37g(10.2mmol)、五塩化タンタル5.66g(10.2mmol)を用い、5%ナフィオン(NAFION(登録商標))溶液(DE521、デュポン社)の量を12.5mlに変更したこと以外は実施例9と同様の操作を行い、粉末状の触媒(45)714mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末の重量は7.16gであった。
触媒(45)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(45)のBET比表面積を表1−1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(45)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(45)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[実施例46]
1.触媒の製造
二塩化銅の量を1.81g(13.5mmol)に変更し、五塩化タンタルの量を2.42g(6.45mmol)に変更したこと以外は実施例45と同様の操作を行い、粉末状の触媒(46)628mgを得た。なお、この過程で得られた焼成用粉末(46)の重量は4.27gであった。
触媒(46)を構成する各金属元素の割合(原子数の比)および触媒(46)のBET比表面積を表1−1に示す。
触媒(1)95mgに替えて触媒(46)95mgを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(46)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[比較例1]
1.触媒の製造
チタンテトライソプロポキシド(純正化学(株)製)9.37gおよびアセチルアセトン(純正化学)5.12gを、エタノール15mLおよび酢酸5mLの混合液に加え、室温で攪拌しながらチタン溶液を調製した。また、エチレングリコール8.30gおよび酢酸鉄(Aldrich社製)0.582gを純水20mLに加え、室温で攪拌して完全に溶解させてエチレングリコール溶液を調製した。チタン溶液をエチレングリコール溶液にゆっくり添加し、透明な触媒前駆体溶液を得た。ロータリーエバポレーターを用い、窒素雰囲気の減圧下で、ホットスターラーの温度を約100℃に設定し、前記触媒前駆体溶液を加熱かつ攪拌しながら、溶媒をゆっくり蒸発させた。完全に溶媒を蒸発させて得られた固形分残渣を乳鉢で細かく均一に潰して、焼成用粉末を得た。
また、触媒(c1)のBET比表面積は77m2/gであった。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)0.095gに替えて触媒(c1)0.095gを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(c1)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[比較例2]
1.触媒の製造
エチレングリコールに替えてシュウ酸12.05gを用いた以外は比較例1と同様の操作を行い、粉末状の触媒(c2)を得た。
また、触媒(c2)のBET比表面積は3.6m2/gであった。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)0.095gに替えて触媒(c2)0.095gを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(c2)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[比較例3]
1.触媒の製造
エチレングリコールに替えてグリコール酸10.18gを用いた以外は比較例1と同様の操作を行い、粉末状の触媒(c3)を得た。
また、触媒(c3)のBET比表面積は229m2/gであった。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)0.095gに替えて触媒(c3)0.095gを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(c3)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[比較例4]
1.触媒の製造
酸化チタン(アナターゼ型、100m2/g)を管状炉に入れ、水素ガスを4体積%含む窒素ガスの雰囲気下で昇温速度10℃/minで900℃まで加熱し、900℃で1時間保持し、自然冷却することにより粉末状の触媒(c4)を得た。
また、触媒(c4)のBET比表面積は9.4m2/gであった。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)0.095gに替えて触媒(c4)0.095gを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(c4)を作製し、その酸素還元能を評価した。
[比較例5]
1.触媒の製造
酸化チタン(アナターゼ型、100m2/g)2gとカーボンブラック(キャボット社製 VULCAN(登録商標) XC72)0.75gを乳鉢中でよく混合し、管状炉に入れ、水素ガスを4体積%含む窒素ガスの雰囲気下で昇温速度10℃/minで1700℃まで加熱し、1700℃で3時間保持し、自然冷却することにより粉末状の触媒(c5)を得た。
また、触媒(c5)のBET比表面積は1.8m2/gであった。
2.燃料電池用電極の製造および酸素還元能の評価
触媒(1)0.095gに替えて触媒(c5)0.095gを用いた以外は実施例1と同様の方法により、燃料電池用電極(c5)を作製し、その酸素還元能を評価した。
Claims (15)
- 少なくとも金属化合物(1)と、窒素含有有機化合物(2)と、溶媒とを混合して触媒前駆体溶液を得る工程(1)、
前記触媒前駆体溶液から溶媒を除去する工程(2)、および
工程(2)で得られた固形分残渣を500〜1100℃の温度で熱処理して電極触媒を得る工程(3)
を含み、
前記金属化合物(1)の一部または全部が、金属元素としてアルミニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ストロンチウム、イットリウム、スズ、タングステンおよびセリウムから選ばれる金属元素M1を含有する化合物であり、
前記工程(1)で用いられる成分のうち溶媒以外の少なくとも1つの成分が酸素原子を有し、
前記窒素含有有機化合物(2)がカルボキシル基を有する
ことを特徴とする燃料電池用電極触媒の製造方法。 - 前記窒素含有有機化合物(2)が、アミノ基、ニトリル基、イミド基、イミン基、ニトロ基、アミド基、アジド基、アジリジン基、アゾ基、オキシム基、ジアゾ基、およびニトロソ基、ならびにピロール環、ポルフィリン環、イミダゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、およびピラジン環から選ばれる1種類以上を分子中に有す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の製造方法。
- 前記窒素含有有機化合物(2)が、アミノ基およびカルボキシル基を有するアミノ酸、その誘導体、ピロール−2−カルボン酸、イミダゾール−4−カルボン酸、2−ピラジンカルボン酸、2−ピペリジンカルボン酸、2−ピペラジンカルボン酸、ニコチン酸、2−ピリジンカルボン酸、2,4−ピリジンジカルボン酸、ならびに8−キノリノールからなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
- 前記工程(1)において、フッ素を含有する化合物(3)をさらに混合することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
- 前記工程(1)において、前記金属化合物(1)の溶液と、前記窒素含有有機化合物(2)とを混合することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
- 前記工程(1)において、ジケトン構造を有する化合物からなる沈殿抑制剤をさらに混合することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
- 前記金属化合物(1)が、金属リン酸塩、金属硫酸塩、金属硝酸塩、金属有機酸塩、金属酸ハロゲン化物、金属アルコキシド、金属ハロゲン化物、金属過ハロゲン酸塩、金属次亜ハロゲン酸塩および金属錯体からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
- 前記工程(3)において、前記固形分残渣を、水素ガスを0.01体積%以上10体積%以下含む雰囲気中で熱処理することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法で得られる燃料電池用電極触媒。
- 請求項9に記載の燃料電池用電極触媒を含むことを特徴とする燃料電池用触媒層。
- 請求項10に記載の燃料電池用触媒層と多孔質支持層とを有することを特徴とする電極。
- カソードとアノードと前記カソードおよび前記アノードの間に配置された電解質膜とを有する膜電極接合体であって、前記カソードおよび/または前記アノードが請求項11に記載の電極であることを特徴とする膜電極接合体。
- 請求項12に記載の膜電極接合体を備えることを特徴とする燃料電池。
- 固体高分子型燃料電池であることを特徴とする請求項13に記載の燃料電池。
- 発電機能、発光機能、発熱機能、音響発生機能、運動機能、表示機能および充電機能からなる群より選ばれる少なくとも一つの機能を有する物品であって、請求項13または14に記載の燃料電池を備えることを特徴とする物品。
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