JP2014039910A - Pt-SUPPORTED MICROTUBE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME - Google Patents

Pt-SUPPORTED MICROTUBE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME Download PDF

Info

Publication number
JP2014039910A
JP2014039910A JP2012183246A JP2012183246A JP2014039910A JP 2014039910 A JP2014039910 A JP 2014039910A JP 2012183246 A JP2012183246 A JP 2012183246A JP 2012183246 A JP2012183246 A JP 2012183246A JP 2014039910 A JP2014039910 A JP 2014039910A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
microtube
supported
ceramic
particles
firing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012183246A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5919138B2 (en
Inventor
G M Anilkumar
エム アニルクマル ジー
Taisuke Ando
泰典 安藤
Masaaki Ito
雅章 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Noritake Co Ltd
Original Assignee
Noritake Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Noritake Co Ltd filed Critical Noritake Co Ltd
Priority to JP2012183246A priority Critical patent/JP5919138B2/en
Publication of JP2014039910A publication Critical patent/JP2014039910A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5919138B2 publication Critical patent/JP5919138B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Pt-supported microtube useful as a catalyst body or the like, which is obtained by supporting platinum nano particles having catalytic functions to a porous microtube formed from ceramic, and to provide a production method for suitably producing the Pt-supported microtube having such a constitution.SOLUTION: A Pt-supported microtube is such that platinum (Pt) particles are supported on the surface of a ceramic microtube in which ceramic particles are bonded into a hollow tubular shape, and is obtained by a production method including: a step for preparing a spinning raw material liquid containing a ceramic source, a platinum (Pt) source, and a resin component; a step for preparing a fibriform precursor by spinning the spinning raw material liquid; a first firing step for firing the precursor at a first firing temperature set within a temperature range of 450°C to 900°C in an inert gas stream; and a second firing step for firing the fired material fired in the first firing step at a second firing temperature set within a temperature range of 400°C or more and not exceeding the first firing temperature in an oxidizing atmosphere.

Description

本発明は、触媒活性の高い白金(Pt)ナノ粒子をマイクロチューブに担持しているPt担持マイクロチューブとその製造方法に関する。また、このPt担持マイクロチューブの利用に関する。より詳細には、Ptナノ粒子をセラミックからなる多孔性のマイクロチューブに担持させた、触媒体として有用なPt担持マイクロチューブに関する。   The present invention relates to a Pt-supported microtube in which platinum (Pt) nanoparticles having high catalytic activity are supported on a microtube and a method for producing the same. Moreover, it is related with utilization of this Pt carrying | support microtube. More specifically, the present invention relates to a Pt-supported microtube useful as a catalyst body in which Pt nanoparticles are supported on a porous microtube made of ceramic.

燃料電池は、比較的高効率で起電力を得られ、排ガスもクリーンであることから、環境負荷の少ない新しい電源として注目を集めている。この燃料電池は、使われる電解質の種類によって様々な方式に分類されるが、なかでも、高分子電解質膜を使用する燃料電池である固体高分子形燃料電池(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell、以下、単に「PEMFC」と記す場合もある。)は、小型軽量化が可能で、原理的に高出力密度化や低コスト化が可能であるため、電気自動車や携帯機器等用の電源、あるいは、電気と熱を併給(コジェネレーション)する家庭用据え置き用電源等として、実用化が進められている。   Fuel cells are attracting attention as a new power source with low environmental impact because they can generate electromotive force with relatively high efficiency and clean exhaust gas. This fuel cell is classified into various types according to the type of electrolyte used. Among them, a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), which is a fuel cell using a polymer electrolyte membrane, is described below. , May be simply referred to as “PEMFC”), because it can be reduced in size and weight, and in principle it can be increased in output density and cost, so that it can be used as a power source for electric vehicles, portable devices, etc. Practical use is being promoted as a home power supply for household use that co-generates electricity and heat.

PEMFCは、一般的にアノードと、カソードと、アノードとカソードとの間に配される高分子電解質膜とを含む、膜−電極接合体によって構成されている。そしてPEMFCのアノードには、主として燃料として用いられる水素を酸化する水素酸化反応(HOR:Hydrogen Oxidation Reaction)を促進させる触媒が備えられ、カソードには、酸化剤を還元する酸素還元反応(ORR:Oxygen Reduction Reaction)を促進させる触媒が備えられている。かかる触媒は、触媒作用を奏する貴金属(典型的には白金族元素)を適当な担体の表面に担持させた貴金属担持触媒体として用いられることが多い。   A PEMFC is generally constituted by a membrane-electrode assembly including an anode, a cathode, and a polymer electrolyte membrane disposed between the anode and the cathode. The anode of the PEMFC is equipped with a catalyst that promotes a hydrogen oxidation reaction (HOR) that mainly oxidizes hydrogen used as a fuel, and the cathode has an oxygen reduction reaction (ORR: Oxygen) that reduces the oxidant. A catalyst that promotes reduction reaction is provided. Such a catalyst is often used as a noble metal-supported catalyst body in which a noble metal (typically a platinum group element) having catalytic action is supported on the surface of an appropriate carrier.

国際公開第2008/093731号公報International Publication No. 2008/093731 特開2011−072981号公報JP 2011-072981 A 特開2012−001865号公報JP 2012-001865 A 特開2009−263802号公報JP 2009-263802 A 特開2009−235629号公報JP 2009-235629 A 特開2009−007697号公報JP 2009-007697 A 特開2008−062163号公報JP 2008-062163 A 特開2009−174066号公報JP 2009-174066 A

これらの貴金属担持触媒体においては、高価な貴金属触媒の使用量を削減し、かつ、効率的な触媒反応を実現するために、燃料や空気等の気体と、電解質と、触媒との三相界面を良好に形成することが検討されている(例えば、特許文献1および2参照)。例えば、特許文献1に開示される構成の貴金属担持触媒体によると、かかる三相界面が良好に機能し、例えば、水素は酸化されずにCOのみが選択的に酸化されるCO選択性触媒が実現され得ること等が知られている。
しかしながら、このような特許文献1および2に開示される、特殊な担体により構成される貴金属担持触媒体は、所望の貴金属触媒コロイド等を含む溶液を含浸させるなどして担持させている。
In these noble metal-supported catalyst bodies, in order to reduce the amount of expensive noble metal catalyst used and to realize an efficient catalytic reaction, a three-phase interface between a gas such as fuel or air, an electrolyte, and a catalyst Has been studied (see, for example, Patent Documents 1 and 2). For example, according to the noble metal-supported catalyst body disclosed in Patent Document 1, such a three-phase interface functions well. For example, there is a CO selective catalyst in which only CO is selectively oxidized without oxidizing hydrogen. It is known that it can be realized.
However, the noble metal-supported catalyst body constituted by a special carrier disclosed in Patent Documents 1 and 2 is supported by impregnating a solution containing a desired noble metal catalyst colloid or the like.

本発明は、かかる状況を鑑みて創出されたものであり、その目的とするところは、触媒機能を有する白金ナノ粒子を、セラミックからなる多孔性のマイクロチューブに担持させた、触媒体等として有用なPt担持マイクロチューブを提供することである。また本発明の他の目的は、かかる構成のPt担持マイクロチューブを好適に製造する製造方法を提供することである。   The present invention has been created in view of such a situation, and the object of the present invention is useful as a catalyst body in which platinum nanoparticles having a catalytic function are supported on a porous microtube made of ceramic. Is to provide a Pt-supported microtube. Another object of the present invention is to provide a production method for suitably producing a Pt-supported microtube having such a configuration.

ここに開示される発明が提供するPt担持マイクロチューブは、セラミック粒子が中空管状に結合してなるセラミック製のマイクロチューブの表面に、白金(Pt)粒子が担持されていることを特徴としている。
かかる構成によるマイクロチューブは、中空形状であることに加え、セラミック粒子が結合することでマイクロチューブを構成しているため、比表面積が極めて大きい。したがって、単位体積あたりに多量のPt粒子を担持することができ、触媒能の高い触媒を実現することができる。
The Pt-supported microtube provided by the invention disclosed herein is characterized in that platinum (Pt) particles are supported on the surface of a ceramic microtube formed by bonding ceramic particles into a hollow tube.
The microtube having such a configuration has a very large specific surface area because the microtube is formed by bonding ceramic particles in addition to being hollow. Therefore, a large amount of Pt particles can be supported per unit volume, and a catalyst with high catalytic ability can be realized.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの好ましい態様において、上記Pt粒子の平均粒径は、15nm以下であることを特徴としている。
上記のPt粒子は、本質的にはナノメートルサイズ(典型的には、1nm〜100nmの範囲)の粒径を有するナノ粒子であり得る。そして、かかる構成において、Pt粒子(以下、「Ptナノ粒子」と表現する場合もある。)の平均粒径は15nm以下であることが好ましく、典型的には、10nm以下、さらに好ましくは5nm以下であり得る。したがって、高価なPtの使用量を減らしつつ、触媒活性表面を大きく確保することができ、低コストで触媒能の高いPt担持マイクロチューブを実現することができる。
In a preferred embodiment of the Pt-supporting microtube disclosed herein, the average particle size of the Pt particles is 15 nm or less.
The Pt particles described above can be nanoparticles having a particle size that is essentially nanometer sized (typically in the range of 1-100 nm). In such a configuration, the average particle size of Pt particles (hereinafter sometimes referred to as “Pt nanoparticles”) is preferably 15 nm or less, typically 10 nm or less, more preferably 5 nm or less. It can be. Therefore, it is possible to secure a large catalytically active surface while reducing the amount of expensive Pt used, and to realize a Pt-supported microtube with high catalytic performance at low cost.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの好ましい態様において、上記セラミック粒子の平均粒径は、200nm以下であることを特徴としている。
セラミック粒子が粗大になると、マイクロチューブの比表面積が減少してしまうために好ましくない。また、粒子同士の接合面積も相対的に減少し、マイクロチューブの強度が低減し得る。かかるセラミック粒子の平均粒径は、200nm以下であることが好ましく、典型的には100nm以下、より好ましくは75nm以下である。
In a preferred embodiment of the Pt-supported microtube disclosed herein, the ceramic particles have an average particle size of 200 nm or less.
When the ceramic particles are coarse, the specific surface area of the microtube decreases, which is not preferable. Further, the bonding area between the particles is relatively reduced, and the strength of the microtube can be reduced. The average particle size of the ceramic particles is preferably 200 nm or less, typically 100 nm or less, more preferably 75 nm or less.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの好ましい態様においては、上記Pt粒子は、上記マイクロチューブの内壁および外壁にそれぞれ担持されていることを特徴としている。
かかる構成によると、マイクロチューブの外壁と内壁の両方がPt粒子の担持表面となり、より多くのPt粒子の担持が可能とされる。
In a preferred embodiment of the Pt-supporting microtube disclosed herein, the Pt particles are supported on the inner wall and the outer wall of the microtube, respectively.
According to this configuration, both the outer wall and the inner wall of the microtube serve as the Pt particle supporting surface, and more Pt particles can be supported.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの好ましい態様において、上記Pt粒子は、上記Pt担持マイクロチューブ全体を100質量%として、1質量%以上40質量%以下の割合で担持されていることを特徴としている。
かかる構成によると、Pt粒子はナノ粒子でありながらも、担体であるマイクロチューブの比表面積が大きいことから、1質量%以上40質量%の範囲で所望の量だけ担持することができ、例えば40質量%と多量に担持され得る。これにより、より触媒能の高いPt担持マイクロチューブが実現される。
In a preferred embodiment of the Pt-supported microtube disclosed herein, the Pt particles are supported at a ratio of 1% by mass to 40% by mass with the entire Pt-supported microtube as 100% by mass. Yes.
According to such a configuration, although the Pt particles are nanoparticles, the specific surface area of the microtube as a carrier is large, so that the Pt particles can be supported in a desired amount in the range of 1% by mass to 40% by mass. It can be supported in a large amount of mass%. Thereby, a Pt-supporting microtube with higher catalytic ability is realized.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの好ましい態様において、上記マイクロチューブは、平均外径が200nm以上700nm以下、平均内径が40nm以上600nm以下であることを特徴としている。
マイクロチューブにおける平均外径は、200nm以上700nm以下程度の範囲で調製することができ、また、マイクロチューブの平均内径は40nm以上600nm程度の範囲で調製することができる。これにより、例えば、かかるPt担持マイクロチューブをPEMFCの電極用触媒として用いた時の、燃料や空気等の気体と、電解質と、触媒との三相界面の形態を制御することが可能とされる。
In a preferred embodiment of the Pt-supported microtube disclosed herein, the microtube has an average outer diameter of 200 nm to 700 nm and an average inner diameter of 40 nm to 600 nm.
The average outer diameter of the microtube can be prepared in the range of about 200 nm to 700 nm, and the average inner diameter of the microtube can be prepared in the range of about 40 nm to 600 nm. Thereby, for example, when such a Pt-supported microtube is used as an electrode catalyst for PEMFC, it is possible to control the form of a three-phase interface between a gas such as fuel or air, an electrolyte, and a catalyst. .

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの好ましい態様において、上記マイクロチューブが、多孔質構造であることを特徴とする。
マイクロチューブは、セラミック粒子が結合することで構成されているが、セラミック粒子の間隔が疎である部分等においてチューブ壁に細孔が形成され、全体としては多孔質構造となり得る。かかる細孔は、1nmから数十nmの大きさの孔(メソポア)を含むため、担体の比表面積を極端に大きくすることができる。このように、マイクロチューブがメソポアを含む多孔質構造であることにより、担体の比表面積がさらに大幅に増大し、より多くのPt粒子を担持することが可能となる。またこの細孔を通じてマイクロチューブの内側と外側とをつなぐ通路が形成されることとなり、マイクロチューブの内壁に担持されるPt粒子と気体等との接触効率が高められる。
In a preferred embodiment of the Pt-supporting microtube disclosed herein, the microtube has a porous structure.
Although the microtube is configured by bonding ceramic particles, pores are formed in the tube wall in a portion where the intervals of the ceramic particles are sparse, and the whole can have a porous structure. Since such pores include pores (mesopores) having a size of 1 nm to several tens of nm, the specific surface area of the carrier can be extremely increased. Thus, when the microtube has a porous structure including mesopores, the specific surface area of the carrier is further greatly increased, and more Pt particles can be supported. Further, a passage connecting the inside and the outside of the microtube is formed through the pores, and the contact efficiency between the Pt particles carried on the inner wall of the microtube and the gas or the like is increased.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの好ましい態様においては、上記セラミック粒子が酸化スズ粒子であることを特徴としている。酸化スズ(IV)は、セラミックとしては比較的高い導電性を有する半導体材料である。また、酸化スズ(IV)は、透明性を有し、物理的および化学的安定性に優れた材料であり、電気・電子分野での新規な機能性材料として期待される材料である。かかるPt担持マイクロチューブはこの酸化スズ粒子によりマイクロチューブを構成することが可能なことから、新たな機能の発現の可能性を有するPt・酸化スズ複合体が提供される。   In a preferred embodiment of the Pt-supported microtube disclosed herein, the ceramic particles are tin oxide particles. Tin (IV) oxide is a semiconductor material having relatively high conductivity as a ceramic. Further, tin (IV) oxide is a material having transparency and excellent physical and chemical stability, and is a material expected as a novel functional material in the electric / electronic field. Since such a Pt-supported microtube can constitute a microtube with the tin oxide particles, a Pt / tin oxide composite having a possibility of developing a new function is provided.

ここに開示される発明が他の側面で提供するPt担持マイクロチューブの製造方法は、セラミック源と白金(Pt)源と樹脂成分とを含む紡糸原料液を調製する工程、上記紡糸原料液を紡糸して繊維状の前駆体を用意する工程、上記前駆体を、不活性気流中で、450℃以上900℃以下の温度範囲に設定される第一の焼成温度で焼成する第一焼成工程、および、上記第一焼成工程により焼成された焼成物を、酸化雰囲気中で、400℃以上で上記第一の焼成温度を超えない温度範囲に設定される第二の焼成温度で焼成する第二焼成工程、を包含することを特徴としている。   According to another aspect of the invention disclosed herein, a method for producing a Pt-supported microtube includes a step of preparing a spinning raw material solution including a ceramic source, a platinum (Pt) source, and a resin component, and spinning the above-described spinning raw material solution. A step of preparing a fibrous precursor, a first baking step of baking the precursor at a first baking temperature set in a temperature range of 450 ° C. or higher and 900 ° C. or lower in an inert air current, and The second firing step of firing the fired product fired by the first firing step in an oxidizing atmosphere at a second firing temperature set at a temperature range of 400 ° C. or higher and not exceeding the first firing temperature. It is characterized by including.

すなわち、ここに開示する発明においては、紡糸原料液を調整する段階で、この紡糸原料液の中に、Pt担持マイクロチューブを構成する材料であるセラミックとPtの原料を共に含むようにしている。そして、かかる紡糸原料液を繊維状に成形して前駆体を形成し、上記の通りの特徴的な2段階での焼成処理を施すことで、ここに開示されるPt担持マイクロチューブを製造するようにしている。上記の紡糸原料液中において、セラミック源とPt源とは、ほぼ均一に混合された状態で存在している。また、前駆体においても、セラミック源とPt源とは、ほぼ均一に混合された状態で存在している。ここで、前駆体は中実の、すなわち中身の詰まった繊維状である。そして、2段階での焼成処理により、前記の樹脂成分を焼失させ、セラミック源からセラミック粒子が中空管状に結合したマイクロチューブを形成させるとともに、その表面にPtナノ粒子を形成するようにしている。詳細は不明ではあるものの、本発明者らは、上記の2段階での焼成処理において、(1)不活性気流中で行われる第一の焼成により、前駆体が、樹脂成分を芯部とし、セラミック源およびPt源を鞘部とする芯鞘構造に変成され、(2)酸化雰囲気中で行われる第二の焼成により、かかる芯鞘構造における芯部が消失されるとともに、鞘部を構成するセラミック源およびPt源が酸化されてセラミック粒子およびPt粒子となったものと考えている。以下、特にことわりのない限り、本明細書において単に「繊維状」と記す場合は、中実の繊維形態を意味し、中空の繊維形態(チューブ状等を含む。)は含まないものとする。   That is, in the invention disclosed herein, at the stage of adjusting the spinning raw material liquid, the spinning raw material liquid contains both ceramic and Pt raw materials that constitute the Pt-supporting microtube. Then, the spinning raw material liquid is shaped into a fiber to form a precursor, and the Pt-supported microtube disclosed herein is manufactured by performing the characteristic two-stage baking process as described above. I have to. In the above spinning raw material liquid, the ceramic source and the Pt source are present in a substantially uniformly mixed state. Also in the precursor, the ceramic source and the Pt source exist in a substantially uniformly mixed state. Here, the precursor is solid, i.e., filled fibrous. Then, the resin component is burned out by a two-stage baking process to form a microtube in which ceramic particles are bonded to a hollow tube from a ceramic source, and Pt nanoparticles are formed on the surface thereof. Although the details are unknown, the present inventors, in the above-described two-stage baking treatment, (1) by the first baking performed in an inert air current, the precursor has the resin component as the core, It is transformed into a core-sheath structure having a ceramic source and a Pt source as a sheath part, and (2) the core part in the core-sheath structure disappears and constitutes the sheath part by the second firing performed in an oxidizing atmosphere. It is considered that the ceramic source and the Pt source are oxidized into ceramic particles and Pt particles. Hereinafter, unless otherwise specified, when simply described as “fibrous” in the present specification, it means a solid fiber form and does not include a hollow fiber form (including a tube form or the like).

かかる構成によると、例えば、セラミック製のマイクロチューブを形成した後に、その表面にPtナノ粒子を担持させるといった手間を要することなく、マイクロチューブの形成と同時にその表面にPtを担持させることができる。また、セラミック粒子同士、セラミック粒子とPt粒子とは、焼結により強固に結合している。そのため、Pt粒子が滑落する可能性が低いPt担持マイクロチューブを得ることができる。
また、セラミック粒子とPtナノ粒子とは、その割合を紡糸原料液の調製段階で制御することができるため、Ptナノ粒子の担持量を比較的正確に制御することが可能となる。
さらに、セラミック原料とPt原料とは、紡糸原料液を調整する段階で均一な系を形成しているため、得られるPt担持マイクロチューブにおいて、Ptナノ粒子をセラミック粒子の表面に均一に分散した状態で担持させることができる。
また、Pt担持マイクロチューブの形態は、紡糸により形成される前駆体の形態に由来するため、紡糸の態様によって所望のチューブ形状を実現することができ、またマイクロチューブの集合形態を所望の形態に制御することも可能とされる。これにより、より形状の自由度の高いPt担持マイクロチューブを簡便に製造することが可能となる。
According to such a configuration, for example, after forming a micro tube made of ceramic, it is possible to support Pt on the surface simultaneously with the formation of the micro tube without requiring the trouble of supporting Pt nanoparticles on the surface. Moreover, the ceramic particles and the ceramic particles and the Pt particles are firmly bonded by sintering. Therefore, it is possible to obtain a Pt-supporting microtube with a low possibility that the Pt particles will slide down.
Moreover, since the ratio of ceramic particles and Pt nanoparticles can be controlled at the stage of preparing the spinning raw material liquid, the amount of Pt nanoparticles supported can be controlled relatively accurately.
Further, since the ceramic raw material and the Pt raw material form a uniform system at the stage of adjusting the spinning raw material liquid, the Pt nanoparticle is uniformly dispersed on the surface of the ceramic particles in the obtained Pt-supported microtube Can be supported.
In addition, since the form of the Pt-supported microtube is derived from the form of the precursor formed by spinning, a desired tube shape can be realized depending on the spinning mode, and the aggregated form of microtubes can be changed to the desired form. It is also possible to control. This makes it possible to easily manufacture a Pt-supporting microtube with a higher degree of freedom in shape.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの製造方法の好ましい一態様においては、上記第一焼成工程における昇温速度を5℃/min以上20℃/min以下とすることを特徴としている。
第一焼成工程における昇温速度を上記範囲に設定することで、繊維状の前駆体から中空管状のPt担持マイクロチューブを好適に得ることができる。昇温速度が5℃/min未満の場合は、2段階の焼成を行ってもセラミック粒子によりチューブ形状を形成させることが困難な場合があるため好ましくない。昇温速度は、好ましくは7℃/min以上、例えば、8℃/min以上、より好ましくは10℃/min以上とすることが例示される。また、昇温速度の上限は特に制限はないが、上記の通りの芯鞘構造へのスムーズな変成と、例えば汎用されている焼成炉での一般的な昇温速度の上限の目安として、20℃/min以下とすることが例示される。
In a preferred embodiment of the method for producing a Pt-supporting microtube disclosed herein, the temperature increase rate in the first firing step is set to 5 ° C./min or more and 20 ° C./min or less.
By setting the rate of temperature increase in the first firing step within the above range, a hollow tubular Pt-supported microtube can be suitably obtained from the fibrous precursor. When the rate of temperature increase is less than 5 ° C./min, it may be difficult to form a tube shape with ceramic particles even if two-stage firing is performed. The temperature rising rate is preferably 7 ° C./min or more, for example, 8 ° C./min or more, more preferably 10 ° C./min or more. The upper limit of the heating rate is not particularly limited, but as a guideline for the smooth transformation into the core-sheath structure as described above and the upper limit of the general heating rate in a widely used firing furnace, for example, 20 It is exemplified that the temperature is not more than ° C / min.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの製造方法の好ましい一態様においては、上記第一焼成工程の終了後に100℃以下にまで温度を下げた後、上記第二の焼成温度まで昇温速度5℃/min以上20℃/min以下で昇温することを特徴としている。
第二焼成工程における昇温速度は、マイクロチューブの表面に担持されるPtナノ粒子の粒径を制御する上で重要となる。第二焼成工程の昇温速度を高めるにつれて、Ptナノ粒子の粒径が小さくなる傾向がある。そして昇温速度を上記範囲に設定することで、Ptナノ粒子の平均粒径を約1nm〜15nmの範囲のものとすることができる。より詳細には、昇温速度が5℃/min以上15℃/min以下程度の場合に、Ptナノ粒子の粒径を約2nm〜10nm程度のものとすることができる。また、昇温速度が10℃/min以上15℃/min以下程度の場合に、Ptナノ粒子の粒径を約2nm〜5nm程度のものとすることができる。昇温速度が5℃/min未満の場合は、Ptナノ粒子の粒径が15nmを超過することがあり得る。
In a preferred embodiment of the method for producing a Pt-supported microtube disclosed herein, the temperature is lowered to 100 ° C. or lower after the completion of the first firing step, and then the temperature raising rate is 5 ° C. to the second firing temperature. The temperature is increased at a rate of not less than / min and not more than 20 ° C./min.
The temperature increase rate in the second firing step is important in controlling the particle size of the Pt nanoparticles supported on the surface of the microtube. As the rate of temperature increase in the second firing step is increased, the particle size of the Pt nanoparticles tends to decrease. And the average particle diameter of Pt nanoparticles can be made into the range of about 1 nm-15 nm by setting a temperature increase rate in the said range. More specifically, when the rate of temperature rise is about 5 ° C./min or more and 15 ° C./min or less, the particle size of the Pt nanoparticles can be about 2 nm to 10 nm. Further, when the rate of temperature rise is about 10 ° C./min or more and about 15 ° C./min or less, the particle size of the Pt nanoparticles can be about 2 nm to 5 nm. When the rate of temperature increase is less than 5 ° C./min, the particle size of the Pt nanoparticles may exceed 15 nm.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの製造方法の好ましい一態様においては、上記紡糸原料液における上記セラミック源と上記白金源との割合は、上記第二焼成工程後に得られるセラミックと白金との質量比(セラミック質量:白金質量)が、60:40〜99:1の範囲となるよう調製されていることを特徴としている。
セラミックからなるマイクロチューブの表面に担持されるPtナノ粒子の割合は、紡糸原料液の段階で所望の質量比となるように調整することができる。また、セラミック源と白金源は上記の質量比の範囲内で紡糸原料液中に均一に分散されるため、Ptナノ粒子はマイクロチューブの表面に凝集することなく均一に分散された状態で担持される。
In a preferred embodiment of the method for producing a Pt-supported microtube disclosed herein, the ratio of the ceramic source and the platinum source in the spinning raw material liquid is the mass of the ceramic and platinum obtained after the second firing step. The ratio (ceramic mass: platinum mass) is adjusted to be in a range of 60:40 to 99: 1.
The proportion of Pt nanoparticles supported on the surface of the microtube made of ceramic can be adjusted so as to obtain a desired mass ratio at the stage of the spinning raw material liquid. In addition, since the ceramic source and the platinum source are uniformly dispersed in the spinning raw material liquid within the range of the above mass ratio, the Pt nanoparticles are supported in a uniformly dispersed state without aggregating on the surface of the microtube. The

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの製造方法の好ましい一態様においては、上記セラミック源が、スズのハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩およびシュウ酸塩からなる群から選択される1種以上を含むことを特徴としている。かかる構成によると、セラミック粒子として酸化スズ(IV)(SnO)粒子が形成され、Pt粒子が担持されたSnOマイクロチューブを得ることができる。酸化スズ(IV)は、透明性を有し、セラミック材料としては電気伝導度の高い材料である。かかるPt担持マイクロチューブはこの酸化スズ粒子によりマイクロチューブを構成することが可能なことから、触媒体として有用なPt担持マイクロチューブが提供される。 In a preferred embodiment of the method for producing a Pt-supported microtube disclosed herein, the ceramic source is one or more selected from the group consisting of tin halides, nitrates, sulfates, acetates, and oxalates. It is characterized by including. According to such a configuration, SnO 2 microtubes in which tin (IV) (SnO 2 ) particles are formed as ceramic particles and Pt particles are supported can be obtained. Tin (IV) oxide has transparency and is a material having high electrical conductivity as a ceramic material. Since such a Pt-supported microtube can be constituted by the tin oxide particles, a Pt-supported microtube useful as a catalyst body is provided.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの製造方法の好ましい一態様においては、上記前駆体は、上記紡糸原料液をエレクトロスピニング法によりノズルから噴出させることで形成することを特徴としている。
従来より、エレクトロスピニング法を利用して、直径(繊維径)がマイクロレベルの繊維状のセラミック材料を得る手法が知られている(例えば、特許文献3〜7参照)。典型的には、無機材料と樹脂とを含む紡糸材料を長尺繊維状に紡糸して前駆体とし、これを酸化焼成することで繊維状のセラミックスとするものである。エレクトロスピニング法によると、繊維径がマイクロレベル(例えば、およそ100nm〜1000nm程度の範囲)である程度制御された長尺繊維状のセラミック材料を、比較的容易に作り出すことができる。しかしながら、かかる長尺繊維状のセラミック材料をチューブ状(すなわち、マイクロチューブ)に形成することについては、いまだ実現されていなかった。また、同時に、チューブ壁を多孔質構造とすることや、かかるマイクロチューブの表面に異種材料を担持させることについても、実現されていない。
これに対し、ここに開示される製造方法では、エレクトロスピニング法に上記の通りの特徴的な焼成プロセスを組み合わせることで、これまでに知られていない、Pt担持マイクロチューブの製造を、簡便に実現可能としたものである。
In a preferred embodiment of the method for producing a Pt-supporting microtube disclosed herein, the precursor is formed by ejecting the spinning raw material liquid from a nozzle by an electrospinning method.
Conventionally, a technique for obtaining a fibrous ceramic material having a micrometer diameter (fiber diameter) by using an electrospinning method is known (see, for example, Patent Documents 3 to 7). Typically, a spinning material containing an inorganic material and a resin is spun into a long fiber to form a precursor, which is oxidized and fired to form a fibrous ceramic. According to the electrospinning method, a long fibrous ceramic material in which the fiber diameter is controlled to some extent at a micro level (for example, in the range of about 100 nm to 1000 nm) can be produced relatively easily. However, it has not yet been realized to form such a long fibrous ceramic material into a tube shape (that is, a microtube). At the same time, it has not been realized that the tube wall has a porous structure and that the surface of the microtube is loaded with a different material.
On the other hand, in the manufacturing method disclosed here, by combining the characteristic spinning process as described above with the electrospinning method, it is possible to easily realize the manufacture of a Pt-supported microtube that has not been known so far. It is possible.

なお、エレクトロスピニング法を利用して芯鞘構造の繊維を紡糸する技術も知られている。かかる技術は、例えば、芯材と鞘材とを別の紡糸原料液として用意し、特殊な構成の芯鞘構造用あるいは中空構造用のスピナレット(紡糸口金)を用いて紡糸するものである(例えば、特許文献8参照)。
これに対し、ここに開示される製造方法では、かかる特殊な構成のスピナレットは必要ではなく、噴出口が注射針のようなごく単純な管状の構成のノズルを用いて紡糸できる。また、紡糸原料液はセラミック源と白金(Pt)源とを含む1液のみを用意すればよく、極めてシンプルな手法である。
A technique for spinning a fiber having a core-sheath structure using an electrospinning method is also known. In this technique, for example, a core material and a sheath material are prepared as separate spinning raw material liquids, and spinning is performed using a spinneret (spinneret) for a core-sheath structure or a hollow structure with a special configuration (for example, , See Patent Document 8).
On the other hand, in the manufacturing method disclosed here, the spinneret having such a special configuration is not necessary, and the spout can be spun using a nozzle having a very simple tubular configuration such as an injection needle. In addition, as the spinning raw material liquid, only one liquid containing a ceramic source and a platinum (Pt) source needs to be prepared, which is an extremely simple method.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブの製造方法の好ましい一態様においては、上記ノズルの内径が0.2mm以上1.2mm以下の範囲であることを特徴としている。
かかる構成により、Pt担持マイクロチューブの中空形状を好適に形成できるとともに、その外径等の寸法の制御が可能となる。例えば、上記範囲でノズルの内径を制御することで、チューブ径(外径)が平均として200nm以上700nm以下程度の範囲で制御されたPt担持マイクロチューブを製造することができる。
In a preferred embodiment of the method for producing a Pt-supporting microtube disclosed herein, the inner diameter of the nozzle is in the range of 0.2 mm to 1.2 mm.
With such a configuration, the hollow shape of the Pt-supporting microtube can be suitably formed, and dimensions such as the outer diameter can be controlled. For example, by controlling the inner diameter of the nozzle within the above range, it is possible to produce a Pt-supported microtube whose tube diameter (outer diameter) is controlled in the range of about 200 nm to 700 nm on average.

以上のここに開示されるPt担持マイクロチューブは、ナノメートルオーダーの粒子が結合することで多孔性のマイクロチューブを構成している。そして、その表面には触媒作用を示すPtナノ粒子を担持している。したがって、かかるPt担持マイクロチューブは、例えば、各種の化学反応を促進させるための触媒体として好適に用いることができる。また、担体であるセラミック製の多孔性マイクロチューブは、チューブ壁にナノメートルオーダーの微細な細孔を多数有することから、かかる触媒能に反応選択性を付与し得る。例えば、このPt担持マイクロチューブは、チューブの内径や、チューブ壁の細孔径を制御するなどして、被反応物質である気体と電解質と、触媒との三相界面を良好に整えることで、例えば、ORR反応よりも、HOR反応を優先的に促進させる触媒等として機能し得る。したがって、これらのPt担持マイクロチューブは、例えば、固体高分子形燃料電池に用いる触媒体、とりわけアノード触媒として好ましく用いることができる。このことから、本発明は、上記のPt担持マイクロチューブを備える固体高分子形燃料電池用触媒体や、その他の各種の物品をも好適に提供することができる。また、本発明は、上記のPt担持マイクロチューブの製造方法により製造されたPt担持マイクロチューブを備える固体高分子形燃料電池用触媒体や、その他の各種の物品をも好適に提供することができる。   The above-described Pt-supported microtube disclosed here constitutes a porous microtube by combining particles of nanometer order. And the surface carries the Pt nanoparticle which shows a catalytic action. Therefore, such a Pt-supported microtube can be suitably used, for example, as a catalyst body for promoting various chemical reactions. In addition, the ceramic porous microtube as the support has a large number of fine pores on the order of nanometers on the tube wall, so that reaction selectivity can be imparted to such catalytic ability. For example, this Pt-supported microtube can control the inner diameter of the tube and the pore diameter of the tube wall, etc., to properly arrange the three-phase interface between the gas to be reacted, the electrolyte, and the catalyst. , It can function as a catalyst for preferentially promoting the HOR reaction over the ORR reaction. Therefore, these Pt-supported microtubes can be preferably used as, for example, a catalyst body used for a polymer electrolyte fuel cell, particularly an anode catalyst. Accordingly, the present invention can suitably provide a polymer body for a polymer electrolyte fuel cell including the above-described Pt-supporting microtube and other various articles. In addition, the present invention can suitably provide a polymer body fuel cell catalyst body including the Pt-supported microtube manufactured by the above-described method for manufacturing a Pt-supported microtube, and other various articles. .

固体高分子形燃料電池の構成を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the structure of a polymer electrolyte fuel cell. 固体高分子形燃料電池の膜−電極接合体の構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the membrane-electrode assembly of a polymer electrolyte fuel cell. Pt担持マイクロチューブを製造する様子を概念的に示した図である。It is the figure which showed notionally the mode that a Pt carrying | support microtube was manufactured. 実施例で作製したサンプル1の電子顕微鏡像である。It is an electron microscope image of the sample 1 produced in the Example. 実施例で作製したサンプル2の電子顕微鏡像である。It is an electron microscope image of the sample 2 produced in the Example. 図5Aの要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG. 5A. 実施例で作製したサンプル3の電子顕微鏡像である。It is an electron microscope image of the sample 3 produced in the Example. 図6Aと同一試料についての電子顕微鏡像であって、より高倍率での観察像である。It is an electron microscope image about the same sample as FIG. 6A, Comprising: It is an observation image in higher magnification. 実施例で作製したサンプル4の表面状態を示す電子顕微鏡像である。It is an electron microscope image which shows the surface state of the sample 4 produced in the Example. 図7Aと同視野におけるSnの元素マップである。It is an elemental map of Sn in the same visual field as FIG. 7A. 図7Aと同視野におけるPtの元素マップである。It is an element map of Pt in the same visual field as FIG. 7A. 実施例で作製したサンプル4のPt担持マイクロチューブのサイクリックボルタモグラムを例示した図である。It is the figure which illustrated the cyclic voltammogram of Pt carrying | support microtube of the sample 4 produced in the Example.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事項は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識に基づいて実施することができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. It should be noted that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for carrying out the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブは、セラミック製のマイクロチューブの表面に、白金(Pt)粒子が担持されている。
かかるマイクロチューブは、複数のセラミック粒子が互いに連続的に結合することで、中空管状の長尺のチューブを構成している。複数のセラミック粒子は、隣り合うセラミック粒子同士が互いに強固に結合(典型的には固相結合、例えば焼結、液相焼結等を含む)している。セラミック粒子は、例えば、粒状のものが、その外形をほぼ維持したまま点ないしは比較的狭い面積を以て互いに結合していてもよいし、複数のセラミック粒子が比較的広い面積を以て緻密に結合していても良い。
そして、このマイクロチューブは、全体としてみた場合にはチューブ壁に細孔が形成されており、かかるマイクロチューブは多孔性であり得る。この細孔は、いくつかのセラミック粒子間に間隙が生じ、マイクロチューブの中空部分と外部とが連通されることで、形成されている。例えば、複数の球状のセラミック粒子が最密充填で結合した場合に形成される空隙よりも十分に大きな間隙が生じて細孔を形成し得る。
このように、ここに開示されるマイクロチューブは、複数のセラミック粒子が結合した形態であるために比表面積が大きい。さらに、マイクロチューブのチューブ壁には細孔が存在していることから、比表面積はさらに増大されている。また、マイクロチューブはセラミック製であることから高い強度および耐久性を有し、例えば、触媒担体として望ましい特性を備える。
In the Pt-supported microtube disclosed herein, platinum (Pt) particles are supported on the surface of a ceramic microtube.
Such a microtube forms a long hollow tubular tube by continuously bonding a plurality of ceramic particles to each other. In the plurality of ceramic particles, adjacent ceramic particles are firmly bonded to each other (typically including solid phase bonding, for example, sintering, liquid phase sintering, etc.). The ceramic particles may be, for example, granular particles which are bonded to each other with a point or a relatively small area while maintaining the outer shape thereof, or a plurality of ceramic particles are closely bonded with a relatively large area. Also good.
When the microtube is viewed as a whole, pores are formed in the tube wall, and the microtube can be porous. The pores are formed by creating gaps between several ceramic particles and communicating the hollow portion of the microtube with the outside. For example, pores that are sufficiently larger than voids formed when a plurality of spherical ceramic particles are bonded together in close-packing can be formed.
As described above, the microtube disclosed herein has a large specific surface area because a plurality of ceramic particles are bonded together. Furthermore, the specific surface area is further increased due to the presence of pores in the tube wall of the microtube. Further, since the microtube is made of ceramic, it has high strength and durability, and has desirable characteristics as a catalyst carrier, for example.

マイクロチューブを構成するセラミックとしては、各種の金属の酸化物である酸化物系セラミックスや、その複合体を考慮することができる。このような酸化物系セラミックスとしては、例えば、具体的には、シリカ(SiO)、アルミナ(Al)、ジルコニア(ZrO)、イットリア(Y)、フェライト(Fe)、酸化チタン(TiO)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)等が例示され、複合体としては、一例として、酸化インジウムスズ(ITO)、サイアロン(Si・Al)、ムライト(AlSi13)や、ペロブスカイト型酸化物、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等が例示される。これらのうち、例えば、SnOやITOを用いることで、マイクロチューブに半導体レベルの導電性(電子伝導性)を付与することができる。 As the ceramic constituting the microtube, oxide ceramics which are oxides of various metals and composites thereof can be considered. Specific examples of such oxide ceramics include silica (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ), yttria (Y 2 O 3 ), and ferrite (Fe 2 O). 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO 2 ), calcium oxide (CaO 2 ), magnesium oxide (MgO 2 ), etc. are exemplified. Examples include indium tin oxide (ITO), sialon (Si 3 N 4 .Al 2 O 3 ), mullite (Al 6 Si 2 O 13 ), perovskite oxide, yttria stabilized zirconia (YSZ), and the like. Among these, for example, SnO 2 or ITO can be used to impart semiconductor level conductivity (electron conductivity) to the microtube.

マイクロチューブの形態としては、特に限定されないものの、代表的には、平均のチューブ直径(すなわち、平均外径)が200nm以上700nm以下程度の範囲のものであり得る。平均外径は、典型的には、300nm以上600nm以下、例えば、400nm以上500nm以下程度であり得る。
マイクロチューブの中空部分の平均径(すなわち、平均内径)については、40nm以上600nm以下であり得る。平均内径は、典型的には、100nm以上500nm以下、例えば、200nm以上300nm以下程度であり得る。
The form of the microtube is not particularly limited, but typically the average tube diameter (that is, the average outer diameter) may be in the range of about 200 nm to 700 nm. The average outer diameter may typically be about 300 nm to 600 nm, for example, about 400 nm to 500 nm.
About the average diameter (namely, average internal diameter) of the hollow part of a microtube, it may be 40 nm or more and 600 nm or less. The average inner diameter is typically about 100 nm to 500 nm, for example, about 200 nm to 300 nm.

また、マイクロチューブを構成するセラミック粒子の粒径については、特に制限はないものの、代表的には、平均粒径は約200nm以下であり、より典型的には50nm以上100nm以下、例えば、50nm以上75nm以下の範囲である。
マイクロチューブの長さについても制限はなく、典型的には1μm以上、例えば、数μm以上の長さのものができる。
そして、チューブ壁に形成される細孔の大きさは特段制限されないが、例えば、平均細孔径が5nm〜100nm程度の大きさのメソポアであり得る。より代表的には、平均細孔径は10nm〜75nm程度であり、さらに限定的には、15nm〜30nm程度であり得る。
なお、本明細書における「平均外径」「平均内径」「平均粒径」等に代表される寸法は、電子顕微鏡等による観察により計測される20個以上の粒子ついての寸法の算術平均値として定義される。
The particle diameter of the ceramic particles constituting the microtube is not particularly limited, but typically the average particle diameter is about 200 nm or less, more typically 50 nm or more and 100 nm or less, for example, 50 nm or more. The range is 75 nm or less.
The length of the microtube is also not limited, and can typically be 1 μm or longer, for example, several μm or longer.
And although the magnitude | size of the pore formed in a tube wall is not restrict | limited especially, For example, an average pore diameter may be a mesopore of a magnitude | size about 5-100 nm. More typically, the average pore diameter is about 10 nm to 75 nm, and more limited to about 15 nm to 30 nm.
The dimensions represented by “average outer diameter”, “average inner diameter”, “average particle diameter” and the like in this specification are arithmetic average values of the dimensions of 20 or more particles measured by observation with an electron microscope or the like. Defined.

以上のマイクロチューブは、断面形状は特に制限されず、例えば、略円形、略楕円形、略方形などの様々な形態であってよい。典型的には、マイクロチューブの断面形状は略円形であり得る。また、このマイクロチューブは、断面形状が必ずしも同一である必要はなく、ある程度(例えば、一例として、寸法として±30%程度)の変動があっても良い。例えば、カーボンナノチューブにみられるように必ずしも径が一定である必要はなく、一つのマイクロチューブにおいてより太いところや細いところがあってよい。チューブの内径や、チューブ壁の厚みについても同様であって、必ずしも一定の大きさおよび厚みである必要はない。また、マイクロチューブは、比較的直線的であっても良いし、湾曲していても良い。さらには、単数または複数のマイクロチューブがその一部で連結するなどして二次元あるいは三次元的な構造を形成していても良い。   The cross-sectional shape of the above microtube is not particularly limited, and may be various forms such as a substantially circular shape, a substantially elliptical shape, and a substantially rectangular shape. Typically, the cross-sectional shape of the microtube can be substantially circular. Further, the microtubes do not necessarily have the same cross-sectional shape, and may vary to some extent (for example, about ± 30% as a dimension). For example, the diameter does not necessarily have to be constant as seen in carbon nanotubes, and there may be a thicker portion or a thinner portion in one microtube. The same applies to the inner diameter of the tube and the thickness of the tube wall, and it is not always necessary to have a constant size and thickness. Further, the microtube may be relatively straight or curved. Further, a two-dimensional or three-dimensional structure may be formed by connecting one or more microtubes at a part thereof.

Pt粒子としては、主成分としてPtを含むものとすることができる。ここで、「主成分としてPtを含む」とは、Pt粒子の質量を100質量%としたとき、Ptが占める割合が50質量%以上であることを意味し、代表的には、70質量%以上、好ましくは90質量%以上、より好ましくは98質量%以上(例えば、99質量%以上)がPtである。
Pt粒子の平均粒径は、典型的には、100nm以下のナノ粒子であり得る。Pt粒子の平均粒子径が小さいと単位質量あたりの表面積を拡大することができるために好ましい反面、粒子の微細化を過度に進めると触媒活性の低下がみられ、かかるPt担持マイクロチューブを触媒体として利用する場合には性能維持の観点からは好ましくない。また小さすぎる触媒微粒子は耐久性に問題が生じることが予想される。ここに開示されるPt粒子の平均粒子径は、1nm以上30nm以下の範囲にあり、代表的には1nm以上15nm以下、例えば2nm以上10nm以下、より好ましくは、2nm以上5nm以下の範囲である。かかる平均粒子径を有するPt粒子は、質量活性が高くなることに加えて、触媒として使用された場合の耐久性をも備えることができる。
The Pt particles can contain Pt as a main component. Here, “containing Pt as a main component” means that when the mass of Pt particles is 100% by mass, the proportion of Pt is 50% by mass or more, typically 70% by mass. As mentioned above, Pt is preferably 90% by mass or more, more preferably 98% by mass or more (for example, 99% by mass or more).
The average particle size of the Pt particles can typically be nanoparticles of 100 nm or less. Although the surface area per unit mass can be increased when the average particle diameter of the Pt particles is small, the catalytic activity is lowered when the particles are excessively refined, and the Pt-supported microtube is used as a catalyst body. Is not preferable from the viewpoint of maintaining performance. Further, too small catalyst fine particles are expected to cause a problem in durability. The average particle diameter of the Pt particles disclosed herein is in the range of 1 nm to 30 nm, typically 1 nm to 15 nm, for example, 2 nm to 10 nm, more preferably 2 nm to 5 nm. The Pt particles having such an average particle diameter can be provided with durability when used as a catalyst in addition to an increase in mass activity.

かかるPt粒子が、上記のマイクロチューブの内壁および外壁に担持される。具体的には、マイクロチューブを構成するセラミック粒子の表面に担持される。ここで、セラミック粒子とPt粒子とは、互いに強固に結合されている。典型的には、両者は固相結合、例えば焼結により強固に結合している。
マイクロチューブに担持されるPt粒子の割合は、所望の範囲で調製することができる。かかるマイクロチューブは、セラミック粒子がその粒状の形態をほぼ維持した状態で結合しているため比表面積が大きいものであり得る。そのため、比較的大量のPt粒子を担持し得る。しかしながら、多すぎるPt粒子を担持するとPt粒子同士が接触する事態が生じ得る。すると、Ptの単位質量あたりの活性表面積が低減し、効率的に触媒能を発現させることができないおそれがある。そこで、例えば、Pt担持マイクロチューブの全体を100質量%としたとき、1質量%以上40質量%以下の割合でPt粒子を担持するのが好ましい例として示される。換言すると、マイクロチューブを構成するセラミックとPt粒子との質量比(セラミック質量:Pt質量)として、60:40〜99:1程度であるのが好適な範囲として例示される。かかる割合とすることで、上記の通りのナノレベルの大きさのPt粒子は、マイクロチューブの表面に高分散された状態で好適に担持され得る。
Such Pt particles are carried on the inner wall and the outer wall of the microtube. Specifically, it is carried on the surface of ceramic particles constituting the microtube. Here, the ceramic particles and the Pt particles are firmly bonded to each other. Typically, both are firmly bonded by solid phase bonding, such as sintering.
The proportion of Pt particles supported on the microtube can be adjusted within a desired range. Such a microtube may have a large specific surface area because the ceramic particles are bonded in a state where the granular shape is substantially maintained. Therefore, a relatively large amount of Pt particles can be supported. However, if too much Pt particles are supported, a situation may occur in which the Pt particles come into contact with each other. Then, the active surface area per unit mass of Pt is reduced, and there is a possibility that the catalytic ability cannot be efficiently expressed. Therefore, for example, when the total amount of the Pt-supporting microtube is 100% by mass, Pt particles are preferably supported at a ratio of 1% by mass to 40% by mass. In other words, a preferable range is about 60:40 to 99: 1 as a mass ratio (ceramic mass: Pt mass) of the ceramic and the Pt particles constituting the microtube. By setting such a ratio, the nano-sized Pt particles as described above can be suitably supported in a highly dispersed state on the surface of the microtube.

このようにして構成されるPt担持マイクロチューブは、触媒作用を示すPtがナノ粒子として担持されているため、所定の触媒能を得るために必要な白金の使用量が削減されており、コスト面において実用性に優れている。かかるPt担持マイクロチューブの触媒性能としては、例えば、具体的には、このPt担持マイクロチューブに担持される白金1gあたりの活性表面積として、40m/gPt以上、例えば、40m/gPt以上、好ましくは、60m/gPt以上を実現し得る。 In the Pt-supported microtube configured as described above, Pt showing catalytic action is supported as nanoparticles, so that the amount of platinum necessary for obtaining a predetermined catalytic ability is reduced, and the cost is reduced. It has excellent practicality. As the catalytic performance of such a Pt-supported microtube, specifically, for example, the active surface area per 1 g of platinum supported on the Pt-supported microtube is 40 m 2 / gPt or more, for example, 40 m 2 / gPt or more, preferably Can achieve 60 m 2 / gPt or more.

また、このPt担持マイクロチューブは、例えば、長尺のものであっても、チューブ壁に形成される細孔によってマイクロチューブの内部空間と外部とが連通されている。したがって、マイクロチューブの外部と内部とは、細孔を通じて物質の出入りが可能な構成とされている。つまり、単位体積あたりにより多くのPt粒子を担持することができる。また、かかる細孔を通過し得る物質であれば、マイクロチューブの外部に存在する物質であっても、マイクロチューブの内壁に担持されたPt粒子に容易に接触が可能とされている。したがって、マイクロチューブの内部には、細孔の大きさにより制限される特別な反応場が形成され得る。これによると、例えば、細孔内に特有の選択的触媒活性を具備する等といった、優れた性能を発現させることが可能となる。   Moreover, even if this Pt carrying | support microtube is a long thing, the internal space and the exterior of a microtube are connected by the pore formed in a tube wall, for example. Therefore, the outside and inside of the microtube are configured such that substances can enter and exit through the pores. That is, more Pt particles can be carried per unit volume. Further, any substance that can pass through such pores can easily contact the Pt particles carried on the inner wall of the microtube even if the substance exists outside the microtube. Therefore, a special reaction field limited by the size of the pores can be formed inside the microtube. According to this, it is possible to exhibit excellent performance such as having a selective catalytic activity peculiar in the pores.

ここに開示されるPt担持マイクロチューブは、例えば、以下に示す製造方法により好適に製造することができる。以下に、ここに開示されるPt担持マイクロチューブの製造方法について、好ましい一形態を示しながら、詳細に説明する。すなわち、ここで開示される製造方法は、セラミック粒子が中空管状に結合してなるセラミック製のマイクロチューブの表面に白金(Pt)粒子が担持されているPt担持マイクロチューブを製造する方法であって、以下の工程を含むようにしている。   The Pt-supporting microtube disclosed herein can be suitably manufactured by, for example, the manufacturing method shown below. Hereinafter, the production method of the Pt-supported microtube disclosed herein will be described in detail while showing a preferred embodiment. That is, the manufacturing method disclosed here is a method for manufacturing a Pt-supported microtube in which platinum (Pt) particles are supported on the surface of a ceramic microtube formed by bonding ceramic particles into a hollow tube. The following steps are included.

(1)セラミック源と白金(Pt)源と樹脂成分とを含む化合物とを含む紡糸原料液を調製する工程。
(2)紡糸原料液を紡糸して繊維状の前駆体を用意する工程。
(3)前駆体を、不活性気流中で、450℃以上900℃以下の温度範囲に設定される第一の焼成温度で焼成する第一焼成工程。
(4)第一焼成工程により焼成された焼成物を、酸化雰囲気中で、400℃以上かつ第一の焼成温度を超えない温度範囲に設定される第二の焼成温度で焼成する第二焼成工程。
(1) A step of preparing a spinning raw material liquid containing a ceramic source, a platinum (Pt) source, and a compound containing a resin component.
(2) A step of spinning a spinning raw material solution to prepare a fibrous precursor.
(3) A first firing step of firing the precursor at a first firing temperature set in a temperature range of 450 ° C. or higher and 900 ° C. or lower in an inert air current.
(4) Second firing step of firing the fired product fired in the first firing step in an oxidizing atmosphere at a second firing temperature set to a temperature range of 400 ° C. or higher and not exceeding the first firing temperature. .

すなわち、かかる製造方法は、セラミック源と白金(Pt)源とを同時にかつ均一に含んだ紡糸原料液を調整し、これを成形および焼成することで、セラミック製の基材の表面に白金が担持されたPt担持マイクロチューブを得るものである。また、上記の通りの特徴的な二段階の焼成工程により、焼成体として前駆体とは異なる形状のPt担持マイクロチューブを、創り出すというものである。すなわち、繊維状の前駆体から、チューブ状の焼成体を得るようにしている。   That is, in this manufacturing method, platinum is supported on the surface of a ceramic substrate by preparing a spinning raw material solution containing a ceramic source and a platinum (Pt) source simultaneously and uniformly, and molding and firing the solution. The obtained Pt-supported microtube is obtained. In addition, a Pt-supported microtube having a shape different from that of the precursor is created as a fired body by the characteristic two-stage firing process as described above. That is, a tube-shaped fired body is obtained from the fibrous precursor.

(1)紡糸原料液の調整工程
Pt担持マイクロチューブの原料となるセラミック源としては、酸化焼成によってセラミックスを生成できるものであれば各種の材料であってよい。例えば、セラミックを構成する金属元素の各種の塩を好ましく用いることができる。かかる塩としては、一例として、塩化物、水酸化物、ホウ化物、臭化物、ヨウ化物、硫化物や、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、しゅう酸塩、過塩素酸塩などを用いることができる。より具体的には、例えば、セラミックスが酸化スズ(SnO)の場合を例にすると、セラミック源としては、例えば、塩化スズ(II)二水和物(SnCl・2HO)、塩化スズ五水和物(SnCl・5HO)、硝酸スズ20水和物(Sn(NO・20HO)、2−エチルヘキサン酸スズ(II)(Co[OOCCH(C)C)、二過塩素酸スズ(II)(Sn(ClO)、酢酸スズ(II)(Sn(CHCOO))、酒石酸スズ(II)(Sn(C))のいずれか1種または2種以上を混合して用いることが例示される。セラミックスが複合酸化物である場合には、かかる複合セラミックスを構成するそれぞれの金属元素について上記のような塩を用意し、各元素の塩をセラミックス組成に応じて所定の割合で配合して用いればよい。
(1) Adjustment process of spinning raw material liquid As a ceramic source used as a raw material of the Pt-supporting microtube, various materials may be used as long as ceramics can be generated by oxidation firing. For example, various salts of metal elements constituting the ceramic can be preferably used. Examples of such salts include chlorides, hydroxides, borides, bromides, iodides, sulfides, carbonates, sulfates, nitrates, oxalates, perchlorates, and the like. More specifically, for example, when the ceramic is tin oxide (SnO 2 ), examples of the ceramic source include tin (II) chloride dihydrate (SnCl 2 .2H 2 O), tin chloride. Pentahydrate (SnCl 2 .5H 2 O), tin nitrate 20 hydrate (Sn (NO 3 ) 2 .20H 2 O), tin (II) 2-ethylhexanoate (Co [OOCCH (C 2 H 5 ) C 4 H 9 ] 2 ), tin (II) diperchlorate (Sn (ClO 4 ) 2 ), tin (II) acetate (Sn (CH 3 COO) 2 ), tin (II) tartrate (Sn (C Any one of 4 H 4 O 6 )) or a mixture of two or more thereof is exemplified. If the ceramic is a composite oxide, prepare the salt as described above for each metal element constituting the composite ceramic, and use the salt of each element in a predetermined ratio according to the ceramic composition. Good.

Pt源としては、白金(Pt)の各種の塩または錯体を好ましく用いることができる。白金の塩としては、例えば、白金の塩化物、臭化物、ヨウ化物などのハロゲン化物や、水酸化物、硫化物、硫酸塩、硝酸塩、さらには、カリウム複合酸化物、アンモニウム複合酸化物、ナトリウム複合酸化物などの複合酸化物などを用いることができる。また、白金の錯体としては、白金のアンミン錯体、シアノ錯体、ハロゲノ錯体、ヒドロキシ錯体などを用いることができる。具体的には、一例として、例えば、塩化白金六水和物(H(PtCl)・6HO)、白金(IV)塩化物、白金(II)臭化物、白金(IV)ヨウ化物、白金(IV)硫化物、テトラクロロ白金(II)酸カリウム、テトラクロロ白金(II)酸アンモニウム、ヘキサクロロ白金(IV)酸ナトリウム六水和物、白金(II)ヘキサフルオロアセチルアセトナト錯体、白金(II)アセチルアセトナト錯体等が例示される。 As the Pt source, various salts or complexes of platinum (Pt) can be preferably used. Examples of platinum salts include halides such as platinum chloride, bromide and iodide, hydroxides, sulfides, sulfates and nitrates, and potassium composite oxides, ammonium composite oxides and sodium composites. A composite oxide such as an oxide can be used. As the platinum complex, a platinum ammine complex, a cyano complex, a halogeno complex, a hydroxy complex, or the like can be used. Specifically, as an example, for example, platinum chloride hexahydrate (H 2 (PtCl 6 ) · 6H 2 O), platinum (IV) chloride, platinum (II) bromide, platinum (IV) iodide, platinum (IV) sulfide, potassium tetrachloroplatinate (II), ammonium tetrachloroplatinate (II), sodium hexachloroplatinate (IV) hexahydrate, platinum (II) hexafluoroacetylacetonate complex, platinum (II ) Acetylacetonato complex and the like are exemplified.

以上のセラミック源とPt源との割合は、セラミック製のマイクロチューブとこれに担持させるPt粒子との関係から所望の割合に調製することができる。かかる割合については特に制限はないが、例えば、セラミックと白金との質量比が、セラミック質量:白金質量として60:40〜99:1程度の割合となるように調製するのが好ましい。Pt担持マイクロチューブの全体(すなわち、セラミックと白金との合計)に占める白金(Pt)の割合が1質量%未満であると、触媒能の高い触媒体が得られないために好ましくない。例えば、Ptは5質量%以上であることが好ましく、さらには15質量%以上であるのが好ましい。なお、このPtはナノ粒子として担持されるため、40質量%を超えて多すぎるPtはマイクロチューブの表面でのPt粒子同士の接合等を招く恐れがあるために好ましくない。かかる観点からは、Ptは、25質量%以下であるのが好ましく、さらには20質量%以下であるのがより好ましい。   The ratio of the ceramic source and the Pt source can be adjusted to a desired ratio from the relationship between the ceramic microtube and the Pt particles supported on the ceramic microtube. Although there is no restriction | limiting in particular about this ratio, For example, it is preferable to prepare so that the mass ratio of a ceramic and platinum may become a ratio of about 60: 40-99: 1 as ceramic mass: platinum mass. If the proportion of platinum (Pt) in the entire Pt-supported microtube (that is, the total of ceramic and platinum) is less than 1% by mass, a catalyst body with high catalytic ability cannot be obtained, which is not preferable. For example, Pt is preferably 5% by mass or more, and more preferably 15% by mass or more. In addition, since this Pt is carried as a nanoparticle, Pt exceeding 40% by mass is not preferable because there is a risk of joining the Pt particles on the surface of the microtube. From this point of view, Pt is preferably 25% by mass or less, and more preferably 20% by mass or less.

そして紡糸原料液には、上記のPt担持マイクロチューブの原料の他に、前駆体の成形性を高め、成形後の前駆体の形状を維持する目的で、樹脂成分が含まれる。かかる樹脂成分としては特に制限はないが、前駆体の成形時において適切な粘性を備え、成形後には適切な硬度等の形状維持性を備え得る樹脂であることが好ましい。例えば、前駆体の成形手法にも因るが、熱可塑性樹脂や、紫外線硬化性樹脂等を好ましく用いることができる。かかる樹脂成分としては、具体的には、一例として、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルアセテート(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリアクリルアミド(PAM)等を好ましく用いることができる。かかる樹脂成分は、1種を単独で用いても良いし、2種以上を混合して用いても良い。   In addition to the raw material for the Pt-supported microtube, the spinning raw material liquid contains a resin component for the purpose of enhancing the moldability of the precursor and maintaining the shape of the precursor after molding. Although there is no restriction | limiting in particular as this resin component, It is preferable that it is resin which has appropriate viscosity at the time of shaping | molding of a precursor, and can be provided with shape maintainability, such as appropriate hardness after shaping | molding. For example, although depending on the molding method of the precursor, a thermoplastic resin, an ultraviolet curable resin, or the like can be preferably used. Specific examples of such resin components include polystyrene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl acetate (PVAc), carboxymethyl cellulose (CMC), polyacrylamide (PAM), and the like. Can be preferably used. Such resin components may be used alone or in combination of two or more.

かかる樹脂成分は、上記のセラミック源との質量比で、樹脂成分:セラミック源が1:3〜1:0.1程度の割合で紡糸原料液中に配合することができる。より具体的には、樹脂成分は、1:2〜1:1、例えば、1:0.5〜1:0.25程度の割合で配合することができる。かかる樹脂成分は、前駆体を繊維状に成型する際の成形性を高める役割を有する。そして、本質的には、この樹脂成分は後工程の焼成により焼失される。しかしながら、詳細は定かではないものの、本発明において樹脂成分はPt担持マイクロチューブを形作る上で重要な役割を担うと考えられる。すなわち、後工程の焼成工程において、繊維状の前駆体からマイクロチューブを編成する際の鋳型としての役割を有するものと考えられる。
紡糸原料液には、上述の材料の他に、必要に応じて分散剤、増粘剤等に代表される各種の添加剤を加えるようにしても良い。
Such a resin component can be blended in the spinning raw material liquid in a mass ratio of the above ceramic source and a ratio of resin component: ceramic source of about 1: 3 to 1: 0.1. More specifically, the resin component can be blended at a ratio of 1: 2 to 1: 1, for example, about 1: 0.5 to 1: 0.25. Such a resin component has a role of improving moldability when the precursor is molded into a fiber. In essence, this resin component is burned off by the subsequent baking. However, although details are not clear, it is considered that the resin component plays an important role in forming the Pt-supported microtube in the present invention. That is, it is considered that it has a role as a template when knitting microtubes from a fibrous precursor in a subsequent firing step.
In addition to the materials described above, various additives typified by a dispersant, a thickener and the like may be added to the spinning raw material liquid as necessary.

また、上記の紡糸原料液は、上述した原料を溶媒に溶かした溶液であってもよいし、各原料を分散媒に分散させた分散液であってもよい。またこの紡糸原料液は、セラミック源と白金源を均一な分散状態に保つとともに、後述する繊維状の前駆体への成形を容易にするために、粘度が調整されていたり、ゲル状またはゾル状の状態に調製されていてもよい。もちろん、成形の工程に応じて原料液の状態が変化されてもよい。かかる紡糸原料液を構成する溶媒(以下、分散媒をも含む。)は、水系溶媒でもよいし、有機系溶媒でもよい。水系溶媒で紡糸原料液を構成する場合、溶媒には水(純水、イオン交換水、精製水等)や水を含んだ混合液(例えば、水とエタノールの混合溶液)を用いることができる。また、有機系溶媒(有機系分散媒)の場合には、メタノールやエタノールなどのアルコール類や;アセトン、メチルケトンのようなケトン類や;酢酸エチルのようなエステル類や、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)やジメチルアセトアミド(DMA)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、アセトニトリル、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の非プロトン性極性溶媒を、単独で、あるいは、2種以上を混合して用いることができる。   The spinning raw material liquid may be a solution obtained by dissolving the above-described raw material in a solvent, or may be a dispersion liquid in which each raw material is dispersed in a dispersion medium. In addition, the spinning raw material liquid has a viscosity adjusted, gel-like or sol-like shape in order to keep the ceramic source and the platinum source in a uniform dispersed state and facilitate molding into a fibrous precursor described later. It may be prepared in the state of. Of course, the state of the raw material liquid may be changed according to the molding process. The solvent (hereinafter also including a dispersion medium) constituting the spinning raw material liquid may be an aqueous solvent or an organic solvent. When the spinning raw material liquid is composed of an aqueous solvent, water (pure water, ion exchange water, purified water, etc.) or a mixed liquid containing water (for example, a mixed solution of water and ethanol) can be used as the solvent. In the case of an organic solvent (organic dispersion medium), alcohols such as methanol and ethanol; ketones such as acetone and methyl ketone; esters such as ethyl acetate; N, N-dimethylformamide Aprotic polar solvents such as (DMF), dimethylacetamide (DMA), dimethylsulfoxide (DMSO), acetonitrile, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) are used alone or in admixture of two or more. be able to.

紡糸原料液における固形分濃度(すなわち、セラミック源、白金源および樹脂成分の割合)は、繊維状に成形する成形手法によっても異なるものの、例えば、10質量%以上30質量%以下程度を目安に調製することができる。より具体的には、10質量%以上20質量%以下、例えば、10質量%以上15質量%以下とすることが例示される。
紡糸原料液を調製する際には、各原料同士が液中に均一に分散するように十分に撹拌するとよい。例えば、室温(典型的には25℃)程度において、回転式撹拌装置を用いるなどして、例えば、100rpm〜500rpm程度の速度で、より好ましくは200rpm〜300rpm程度で数十分間〜数時間程度、例えば、30分間〜1時間程度の撹拌を行うことが例示される。
The solid content concentration in the spinning raw material liquid (that is, the ratio of the ceramic source, the platinum source and the resin component) varies depending on the molding method for forming into a fiber shape, but is prepared with, for example, about 10% by mass to 30% by mass. can do. More specifically, it is exemplified that the content is 10% by mass or more and 20% by mass or less, for example, 10% by mass or more and 15% by mass or less.
When preparing the spinning raw material liquid, the raw materials may be sufficiently stirred so that the raw materials are uniformly dispersed in the liquid. For example, at about room temperature (typically 25 ° C.), using a rotary stirring device, for example, at a speed of about 100 rpm to 500 rpm, more preferably about 200 rpm to 300 rpm, for several tens of minutes to several hours. For example, stirring for about 30 minutes to 1 hour is exemplified.

(2)前駆体の用意工程
次いで、上記で用意した紡糸原料液を繊維状に成形することで、Pt担持マイクロチューブの前駆体を用意する。かかる成形手法としては特に制限されず、各種の紡糸方法を利用することができる。マイクロレベルの繊維径の繊維状に紡糸できる手法として、例えば、一例として、セルフアッセンブリー法、フェイズ・セパレーション法、エレクトロスピニング法等を例示することができる。中でもエレクトロスピニング法は、ナノレベルからサブミクロンレベルの直径の繊維を比較的簡単な装置を使って比較的簡単な操作で得ることができるため、ここに開示される前駆体の成形に用いるのに好ましい。
(2) Precursor preparation step Next, a precursor of a Pt-supported microtube is prepared by forming the spinning raw material liquid prepared above into a fibrous form. Such a forming technique is not particularly limited, and various spinning methods can be used. Examples of techniques that can be spun into a fiber having a micro-level fiber diameter include, for example, a self-assembly method, a phase separation method, and an electrospinning method. In particular, the electrospinning method can be used to form the precursor disclosed herein because fibers having a diameter of nano-level to sub-micron level can be obtained by a relatively simple operation using a relatively simple apparatus. preferable.

図3に、エレクトロスピニング装置の概略を例示した。エレクトロスピニング装置20は、一般的には、紡糸原料液2を収容する容器4、この容器4から紡糸原料液2を吐出するノズル6、紡糸原料液2をノズル6に送り出すポンプ12、紡糸原料液2を帯電させる高圧電源8および接地された集電板14とから構成される。
かかる装置20において、紡糸原料液2は、容器4からノズル6まで一定の速度で押し出され、ノズル6において電圧が印加されてプラスに帯電される。このプラスに帯電された紡糸原料液2の電気引力が表面張力を越えた時に、紡糸原料液2がジェット状に集電板14に向けて噴射される。噴出された紡糸原料液2中の溶媒は飛行中に徐々に揮発するため、集電板14に到達する際には、直径がナノレベルからマイクロレベルにまで減少した繊維状となる。これにより、直径がナノレベルからマイクロレベルの繊維状の前駆体10を形成することができる。
FIG. 3 illustrates an outline of an electrospinning apparatus. The electrospinning apparatus 20 generally includes a container 4 for storing a spinning raw material liquid 2, a nozzle 6 for discharging the spinning raw material liquid 2 from the container 4, a pump 12 for sending the spinning raw material liquid 2 to the nozzle 6, a spinning raw material liquid 2 is composed of a high-voltage power supply 8 for charging 2 and a grounded current collecting plate 14.
In the apparatus 20, the spinning raw material liquid 2 is extruded from the container 4 to the nozzle 6 at a constant speed, and a voltage is applied to the nozzle 6 to be positively charged. When the electric attractive force of the positively charged spinning raw material liquid 2 exceeds the surface tension, the spinning raw material liquid 2 is jetted toward the current collecting plate 14 in a jet shape. Since the solvent in the spun raw material liquid 2 that has been ejected gradually evaporates during the flight, when it reaches the current collector plate 14, it becomes a fiber having a diameter reduced from the nano level to the micro level. Thereby, the fibrous precursor 10 whose diameter is nano level to micro level can be formed.

なお、エレクトロスピニングは、湿度が高いと溶媒の揮発が妨げられて繊維状の前駆体を得るのが困難となるため、湿度が管理された環境や、湿度管理が可能なチャンバー(図示せず)内等で実施するのも好ましい態様である。この場合、例えば、具体的には、環境温度30℃程度(例えば、30℃±5℃)、相対湿度30%程度(例えば、30%±10%)の条件をおおよその目安とすることが例示される。
また、紡糸原料液2に印加する電圧は、紡糸原料液2の調製状態やノズル6−集電板14間の距離等の条件により最適な値が異なるために一概には言えないが、例えば、紡糸原料液2の押出速度(流量)を10〜40μL/minとし、ノズル6と集電板14との間の距離を20〜30cmとする場合には、印加電圧を10〜30kV程度の範囲で調整することが例示される。なお、ここに例示した条件は一実施形態に過ぎず、ここに開示される発明を限定するものではない。
In electrospinning, if the humidity is high, the volatilization of the solvent is hindered, making it difficult to obtain a fibrous precursor. Therefore, an environment in which the humidity is controlled and a chamber capable of humidity management (not shown) It is also a preferable aspect to carry out internally. In this case, for example, specifically, the conditions of an environmental temperature of about 30 ° C. (for example, 30 ° C. ± 5 ° C.) and a relative humidity of about 30% (for example, 30% ± 10%) are exemplified as approximate guidelines. Is done.
In addition, the voltage applied to the spinning raw material liquid 2 cannot be generally described because the optimum value varies depending on conditions such as the preparation state of the spinning raw material liquid 2 and the distance between the nozzle 6 and the current collector plate 14. When the extrusion speed (flow rate) of the spinning raw material liquid 2 is 10 to 40 μL / min and the distance between the nozzle 6 and the current collector 14 is 20 to 30 cm, the applied voltage is in the range of about 10 to 30 kV. The adjustment is exemplified. In addition, the conditions illustrated here are only one embodiment, and do not limit the invention disclosed here.

ここで開示される製造方法では、上記で得られた前駆体に対し、2段階の焼成工程を施すことで、繊維状の前駆体から、Pt担持マイクロチューブを得るようにしている。かかる2段階の焼成工程について、以下に説明する。
(3)第一焼成工程
第一焼成工程においては、まず、上記で得られた前駆体を、不活性気流中で、450℃以上900℃以下の温度範囲に設定される第一の焼成温度で焼成する。
不活性気流としては、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)等の希ガスや窒素(N)ガス、さらには、酸素(O)濃度が低減(例えば、8質量%以下)された気体、およびこれらを混合した気体等を焼成炉等に適切な流量で導入すればよい。かかる不活性ガスの流量は、反応系にもよるものの、例えば、5L/min〜40L/min程度、好ましくは10L/min〜30L/min程度、例えば20L/min〜30L/min程度とすることが例示される。
In the manufacturing method disclosed herein, a Pt-supported microtube is obtained from a fibrous precursor by performing a two-step firing process on the precursor obtained above. Such a two-stage firing process will be described below.
(3) First firing step In the first firing step, first, the precursor obtained above is first fired at a first firing temperature set in a temperature range of 450 ° C to 900 ° C in an inert air stream. Bake.
As the inert air flow, the concentration of rare gas such as helium (He), neon (Ne), argon (Ar), nitrogen (N 2 ) gas, and oxygen (O 2 ) is reduced (for example, 8 mass% or less). ) Gas, a gas obtained by mixing these gases, and the like may be introduced into a firing furnace or the like at an appropriate flow rate. The flow rate of the inert gas is, for example, about 5 L / min to 40 L / min, preferably about 10 L / min to 30 L / min, for example, about 20 L / min to 30 L / min, depending on the reaction system. Illustrated.

第一焼成工程における焼成温度(第一の焼成温度)は、上記のとおり450℃以上900℃以下であり、好ましくは500℃以上900℃以下、より好ましくは600℃以上800℃以下程度である。第一の焼成温度が450℃未満の場合や、900℃を超える場合には、最終的に中空のマイクロチューブが得られないために好ましくない。
また、かかる焼成温度への昇温速度は、5℃/min以上20℃/min以下とするのが好ましい。昇温速度が5℃/min未満の場合も最終的に中空のマイクロチューブが得られないために好ましくない。昇温速度は、好ましくは5℃/min以上15℃/min以下、例えば、10℃/min以上15℃/min以下である。昇温速度は20℃/min以下程度で十分であり、20℃/minを超える急激な昇温は設備およびコストの面で好ましくない。
前駆体は、かかる第一の焼成条件で0.5時間〜4時間程度(例えば1時間〜3時間)保持した後、次の第二焼成工程に供される。
The firing temperature (first firing temperature) in the first firing step is 450 ° C. or higher and 900 ° C. or lower as described above, preferably 500 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, more preferably 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. When the first baking temperature is lower than 450 ° C. or exceeds 900 ° C., it is not preferable because a hollow microtube cannot be finally obtained.
Moreover, it is preferable that the temperature increase rate to this baking temperature shall be 5 to 20 degree-C / min. A temperature increase rate of less than 5 ° C./min is not preferable because a hollow microtube cannot be finally obtained. The temperature rising rate is preferably 5 ° C./min or more and 15 ° C./min or less, for example, 10 ° C./min or more and 15 ° C./min or less. A temperature increase rate of about 20 ° C./min or less is sufficient, and a rapid temperature increase exceeding 20 ° C./min is not preferable in terms of equipment and cost.
The precursor is held for about 0.5 hours to 4 hours (for example, 1 hour to 3 hours) under such first firing conditions, and then subjected to the next second firing step.

(4)第二焼成工程
第二焼成工程においては、上記の第一焼成工程により焼成された焼成物を、酸化雰囲気中で、400℃以上で上記第一の焼成温度を超えない温度範囲に設定される第二の焼成温度で焼成する。
焼成雰囲気は、大気雰囲気等の酸素含有雰囲気とすることができる。かかる酸化雰囲気での焼成により、セラミック源が焼成されて、セラミック粒子が中空管状に結合してなるセラミック製のマイクロチューブが形成される。また、Pt源が焼成されて、マイクロチューブの表面にPt粒子が形成される。
(4) Second firing step In the second firing step, the fired product fired in the first firing step is set in a temperature range not lower than the first firing temperature at 400 ° C or higher in an oxidizing atmosphere. Baking is performed at the second baking temperature.
The firing atmosphere can be an oxygen-containing atmosphere such as an air atmosphere. By firing in such an oxidizing atmosphere, the ceramic source is fired to form a ceramic microtube formed by bonding ceramic particles into a hollow tube. Further, the Pt source is baked to form Pt particles on the surface of the microtube.

第二焼成工程における焼成温度(第二の焼成温度)は、上記のとおり400℃以上で上記第一の焼成温度を超えない温度範囲とする。ここで、第二の焼成温度への調整は、第一焼成工程後に炉内の温度を例えば100℃以下にまで冷却してから第二の焼成温度にまで昇温してもよいし、焼成雰囲気を不活性気流から酸化雰囲気に切り替えることで第一の焼成温度から第二の焼成温度にまで温度を下げるようにしても良い。このような第二の焼成温度は、例えば、一例として、400℃以上800℃以下とすることができ、好ましくは400℃以上700℃以下程度、さらには500℃以上600℃以下程度とするのがより好ましい。第二の焼成温度が500℃未満の場合には、セラミック源が十分に酸化されずセラミック粒子が得られない可能性が生じるために好ましくない。第一の焼成温度が800℃を超えると、多孔質形状が得られないために好ましくない。   The firing temperature (second firing temperature) in the second firing step is set to a temperature range of 400 ° C. or higher and not exceeding the first firing temperature as described above. Here, the adjustment to the second firing temperature may be performed by cooling the temperature in the furnace to, for example, 100 ° C. or lower after the first firing step and then raising the temperature to the second firing temperature, or firing atmosphere. The temperature may be lowered from the first firing temperature to the second firing temperature by switching from an inert air current to an oxidizing atmosphere. For example, the second firing temperature can be 400 ° C. or higher and 800 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and more preferably 500 ° C. or higher and 600 ° C. or lower. More preferred. When the second firing temperature is less than 500 ° C., there is a possibility that the ceramic source is not sufficiently oxidized and ceramic particles cannot be obtained. If the first baking temperature exceeds 800 ° C., a porous shape cannot be obtained, which is not preferable.

なお、第二焼成工程では、炉内の温度を100℃以下にまで冷却してから第二の焼成温度まで昇温するのが好ましい。この場合、昇温速度は5℃/min以上20℃/min以下の範囲で調整するのが好ましい。かかる昇温速度を調整することで、マイクロチューブに担持されるPt粒子の粒径を制御することが可能となる。昇温速度を速めることで、ナノチューブ表面でのPt粒子の核生成を促し、核成長を抑えることができ、微細なPt粒子を形成することができる。具体的には、例えば、昇温速度を5℃/min以上とすることで、平均粒径が20nm以下程度のPt粒子を形成することができる。また、昇温速度を、10℃/min以上とすることで2〜3nm程度のPt粒子を形成することができる。第二の焼成条件で1時間程度保持した後、例えば炉内で冷却することで、ここに開示されるPt担持マイクロチューブを得ることができる。   In the second firing step, it is preferable to cool the temperature in the furnace to 100 ° C. or lower and then raise the temperature to the second firing temperature. In this case, the temperature rising rate is preferably adjusted in the range of 5 ° C./min to 20 ° C./min. By adjusting the temperature rising rate, it is possible to control the particle size of the Pt particles carried on the microtube. By increasing the heating rate, it is possible to promote nucleation of Pt particles on the surface of the nanotube, suppress nucleation, and form fine Pt particles. Specifically, for example, Pt particles having an average particle diameter of about 20 nm or less can be formed by setting the temperature rising rate to 5 ° C./min or more. Moreover, Pt particles of about 2 to 3 nm can be formed by setting the temperature rising rate to 10 ° C./min or more. The Pt-supported microtube disclosed herein can be obtained by holding it for about 1 hour under the second baking conditions and then cooling it in a furnace, for example.

以上の二段階の焼成において、第一焼成工程における焼成を大気雰囲気あるいは大気気流下で行うと、マイクロチューブを得ることはできない。また、単に不活性雰囲気とするだけではマイクロチューブが得られないことが確認されている。ここに開示される製造方法において、第一焼成工程を不活性気流中で実施するのは欠かせない要件である。
以上のことから、第一焼成工程において、繊維状の(中実の)前駆体がチューブ状に変性される準備がなされているものと考えられる。例えば、本発明者らは、この第一焼成工程において、繊維状の前駆体が、樹脂成分を芯部とし、セラミック源およびPt源を鞘部とした芯鞘構造に変成されると考えている。そして第二焼成工程において、かかる芯鞘構造の芯部が消失され、鞘部が酸化焼成されて、セラミック製のマイクロチューブが得られるものと考えている。Pt粒子については、いずれの段階でPt成分がマイクロチューブ(セラミック粒子)の表面に移動するのかは明確ではないものの、第二焼成工程においてPt粒子が形成されるものと考えられる。
In the above two-stage firing, if the firing in the first firing step is performed in an air atmosphere or an air stream, a microtube cannot be obtained. Moreover, it has been confirmed that a microtube cannot be obtained simply by using an inert atmosphere. In the production method disclosed herein, it is an indispensable requirement to carry out the first firing step in an inert air stream.
From the above, it is considered that preparations for modifying the fibrous (solid) precursor into a tube shape are made in the first firing step. For example, the present inventors believe that in this first firing step, the fibrous precursor is transformed into a core-sheath structure with the resin component as the core and the ceramic source and the Pt source as the sheath. . In the second firing step, the core part of the core-sheath structure disappears, and the sheath part is oxidized and fired to obtain a ceramic microtube. Regarding Pt particles, it is not clear at which stage the Pt component moves to the surface of the microtube (ceramic particles), but it is considered that Pt particles are formed in the second firing step.

このようにして得られるPt担持マイクロチューブは、セラミック粒子が焼結してマイクロチューブを形成しているため、セラミック粒子同士は非常に強固に結合している。また、Pt粒子はセラミック粒子の表面で焼成されており、Pt粒子はセラミック粒子の表面に焼結により強固に結合している。したがって、かかるPt粒子は強固な結びつきによって基体であるマイクロチューブに担持されることになる。
また、前駆体においてセラミック源とPt源とは均質に分散されているため、Pt粒子は基体であるマイクロチューブの表面において偏析することなく高分散されている。
したがって、例えば、ここに開示されるPt担持マイクロチューブは、メソポーラス基体に予め用意したPt粒子を担持させて得られるPt触媒担持体等と比べて、Pt粒子がより均一に分散した状態で、かつ、より強固に基体に担持されたものであり得る。
In the Pt-supported microtube thus obtained, the ceramic particles are sintered to form a microtube, and therefore the ceramic particles are bonded very firmly. The Pt particles are fired on the surface of the ceramic particles, and the Pt particles are firmly bonded to the surface of the ceramic particles by sintering. Therefore, such Pt particles are supported on the microtube which is a substrate by a strong bond.
Further, since the ceramic source and the Pt source are homogeneously dispersed in the precursor, the Pt particles are highly dispersed without being segregated on the surface of the microtube as the substrate.
Therefore, for example, the Pt-supported microtube disclosed herein is in a state in which the Pt particles are more uniformly dispersed as compared with a Pt catalyst support obtained by supporting Pt particles prepared in advance on a mesoporous substrate, and the like. It can be supported more firmly on the substrate.

このようにして得られるPt担持マイクロチューブは、触媒活性に優れている。そのため、例えば、高分子電解質型燃料電池(PEMFC)における触媒体として好適に用いることができる。また、基体であるマイクロチューブの多孔性を利用して、触媒作用に選択性が備えられることから、例えば、PEMFCのアノード触媒として好適に用いることができる。   The Pt-supported microtube thus obtained is excellent in catalytic activity. Therefore, for example, it can be suitably used as a catalyst body in a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC). Moreover, since the selectivity of the catalytic action is provided by utilizing the porosity of the microtube as the substrate, it can be suitably used as an anode catalyst for PEMFC, for example.

一般的なPEMFC(燃料電池)について、図1および図2を用いて簡単に説明する。図1は燃料電池100の一実施形態を示す分解斜視図であり、図2はこの燃料電池100の基本構造である膜−電極接合体(MEA)110を模式的に示した断面図である。
図1に示す燃料電池100では、2個の単位セル130が直列接続されて1対のホルダ140,140に挟まれた構成(スタック)を概念的に示している。単位セル130は、膜−電極接合体110と、膜−電極接合体110の厚さ方向の両側に配されたバイポーラプレート120,120とによって構成されている。バイポーラプレート120,120は、反応ガスの供給流路が彫り込まれた導電性材料(典型的には、良導電性金属またはカーボン等)によって構成されており、膜−電極接合体110にそれぞれ接合することによって、集電体として機能すると共に、膜−電極接合体110の触媒層に対して酸素及び燃料を供給することができる。
A general PEMFC (fuel cell) will be briefly described with reference to FIGS. FIG. 1 is an exploded perspective view showing an embodiment of the fuel cell 100, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a membrane-electrode assembly (MEA) 110 that is a basic structure of the fuel cell 100.
The fuel cell 100 shown in FIG. 1 conceptually shows a configuration (stack) in which two unit cells 130 are connected in series and sandwiched between a pair of holders 140 and 140. The unit cell 130 includes a membrane-electrode assembly 110 and bipolar plates 120 and 120 disposed on both sides of the membrane-electrode assembly 110 in the thickness direction. The bipolar plates 120 and 120 are made of a conductive material (typically, a highly conductive metal or carbon) in which a reaction gas supply channel is engraved, and are joined to the membrane-electrode assembly 110, respectively. Thus, oxygen and fuel can be supplied to the catalyst layer of the membrane-electrode assembly 110 while functioning as a current collector.

膜−電極接合体110は、シート状の固体高分子膜(電解質膜)200と、この固体高分子膜200の一方の面(図2における左側の面)に塗布された燃料極(負極)210と、固体高分子膜200の他方の面(図2における右側の面)に塗布された酸化極(正極)220とを有している。燃料極210および酸化極220は、触媒層としての機能も有し、触媒及びバインダが含まれてそれぞれ構成されている。また、燃料極210の外側の面には第一燃料流通層212および第二燃料流通層214が順に積層されており、酸化極220の外側の面には第一空気流通層222および第二空気流通層224が順に積層されている。ここに開示されるPt担持マイクロチューブは、電気化学的な表面積の広い触媒体であり得ることから、かかる触媒層(燃料極210および酸化極220)を構成する材料として好適に用いることができる。例えば、燃料極210に含まれる触媒体として特に好適に用いることができる。かかるPt担持マイクロチューブを触媒体に用いることによって、良好な触媒活性を維持しつつ、燃料電池100の製造コストを低減させることができる。   The membrane-electrode assembly 110 includes a sheet-like solid polymer membrane (electrolyte membrane) 200 and a fuel electrode (negative electrode) 210 applied to one surface (the left surface in FIG. 2) of the solid polymer membrane 200. And an oxidation electrode (positive electrode) 220 applied to the other surface of the solid polymer film 200 (the right surface in FIG. 2). The fuel electrode 210 and the oxidation electrode 220 also have a function as a catalyst layer, and are each configured to include a catalyst and a binder. A first fuel circulation layer 212 and a second fuel circulation layer 214 are sequentially laminated on the outer surface of the fuel electrode 210, and the first air circulation layer 222 and the second air are laminated on the outer surface of the oxidation electrode 220. The circulation layer 224 is laminated in order. Since the Pt-supported microtube disclosed herein can be a catalyst body having a large electrochemical surface area, it can be suitably used as a material constituting such a catalyst layer (the fuel electrode 210 and the oxidation electrode 220). For example, it can be particularly preferably used as a catalyst body included in the fuel electrode 210. By using such a Pt-supported microtube as a catalyst body, it is possible to reduce the manufacturing cost of the fuel cell 100 while maintaining good catalytic activity.

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明した。続いて、本発明に関する実施例を説明する。なお、以下で説明する実施例は本発明を限定することを意図したものではない。
[Pt担持マイクロチューブの作製]
[紡糸原料液の調製]
白金源として、ヘキサクロロ白金(IV)酸六水和物(HPtCl・6HO)を用いた。セラミック源として、四塩化スズ(SnCl)を用いた。樹脂成分として、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF:N,N-dimethylformamide)を用いた。溶媒としては、重量平均分子量が150,000のポリアクリロニトリル(PAN:polyacrylonitrile)を用いた。
The present invention has been described based on the preferred embodiments. Next, examples relating to the present invention will be described. The examples described below are not intended to limit the present invention.
[Production of Pt-supported microtube]
[Preparation of spinning raw material liquid]
Platinum source was used hexachloroplatinic (IV) acid hexahydrate and (H 2 PtCl 6 · 6H 2 O). Tin tetrachloride (SnCl 4 ) was used as the ceramic source. N, N-dimethylformamide (DMF: N, N-dimethylformamide) was used as the resin component. As the solvent, polyacrylonitrile (PAN) having a weight average molecular weight of 150,000 was used.

(P1):塩化白金酸六水和物を用い、Ptを10質量%含む塩化白金塩水溶液を調製することで、白金原料溶液とした。
(P2):この白金原料溶液1質量部に対し、DMFを9質量部の割合で混合し、80℃で2時間攪拌した。
(P1): Using a chloroplatinic acid hexahydrate, a platinum chloride aqueous solution containing 10% by mass of Pt was prepared to obtain a platinum raw material solution.
(P2): 9 parts by mass of DMF was mixed with 1 part by mass of this platinum raw material solution and stirred at 80 ° C. for 2 hours.

(S1):DMF9質量部に対し、PANを1質量部の割合で混合し、80℃で1時間攪拌することで溶解させた。
(S2):DMF2質量部に対し、四塩化スズを1質量部の割合で混合し、80℃で30分間攪拌した。
(S3):上記の(S1)で用意した溶液10質量部に対し、上記の(S2)で用意した混合物を3質量部の割合で混合し、1時間攪拌した。
(S1): PAN was mixed at a ratio of 1 part by mass with 9 parts by mass of DMF, and dissolved by stirring at 80 ° C. for 1 hour.
(S2): 1 part by mass of tin tetrachloride was mixed with 2 parts by mass of DMF, and the mixture was stirred at 80 ° C. for 30 minutes.
(S3): With respect to 10 parts by mass of the solution prepared in (S1) above, the mixture prepared in (S2) above was mixed at a ratio of 3 parts by mass and stirred for 1 hour.

(紡糸原料液):上記の(P2)で用意した溶液15質量部に対し、上記の(S3)で用意した溶液を85質量部の割合で混合し、1時間攪拌することで、エレクトロスピニング用の紡糸原料液を調整した。   (Spinning raw material liquid): For 15 parts by weight of the solution prepared in (P2) above, the solution prepared in (S3) above is mixed at a ratio of 85 parts by weight and stirred for 1 hour, for electrospinning. The spinning raw material liquid was adjusted.

[前駆体の作製]
図3に示した構成のエレクトロスピニング装置20を用いることにより、上記で調製した紡糸原料液2をターゲット基板(集電板14)上に紡糸し、前駆体10を作製した。紡糸用のノズル6としては、内径が0.4μmのシリンジを用いた。ターゲット基板14としては、アルミホイルを用いた。この装置20を用いた場合の紡糸条件は、以下の通りとした。かかる条件で紡糸された前駆体は、直径が300nm〜800nmで、長さが1μm以上の繊維状であった。
印加電圧(V): 14kV
噴出速度(Q): 10〜40μL/min
ノズル−ターゲット間距離(d): 23cm
相対湿度: 30%
[Precursor preparation]
By using the electrospinning apparatus 20 having the configuration shown in FIG. 3, the spinning raw material liquid 2 prepared above was spun onto a target substrate (current collector plate 14) to produce a precursor 10. As the spinning nozzle 6, a syringe having an inner diameter of 0.4 μm was used. An aluminum foil was used as the target substrate 14. The spinning conditions when this apparatus 20 was used were as follows. The precursor spun under such conditions was a fiber having a diameter of 300 nm to 800 nm and a length of 1 μm or more.
Applied voltage (V): 14 kV
Ejection speed (Q): 10 to 40 μL / min
Nozzle-target distance (d): 23 cm
Relative humidity: 30%

[焼成]
上記で得られた前駆体に対し、焼成雰囲気を制御可能な電熱炉を用い、以下の表1に示した焼成条件での第一焼成工程と第二焼成工程とからなる2段階の焼成を施すことで、サンプル1〜4を得た。
[Baking]
The precursor obtained above is subjected to two-stage firing comprising a first firing step and a second firing step under the firing conditions shown in Table 1 below, using an electric furnace capable of controlling the firing atmosphere. Thus, samples 1 to 4 were obtained.

(サンプル1)すなわち、サンプル1の第一焼成工程の焼成条件は、流速20L/minの不活性気流中、昇温速度2℃/minで300℃まで昇温し、300℃で1時間保持するものとした。この実施形態において、第一焼成工程後のサンプル1は、加熱保持時間終了後に炉から出さずに所定の時間放置する炉冷状態とした。第二焼成工程の焼成条件は、大気雰囲気中、昇温速度6℃/minで600℃まで昇温し、600℃で1時間保持するものとした。   (Sample 1) That is, the firing conditions of the first firing step of Sample 1 are as follows. In an inert air flow with a flow rate of 20 L / min, the temperature is increased to 300 ° C. at a temperature increase rate of 2 ° C./min and held at 300 ° C. for 1 hour. It was supposed to be. In this embodiment, the sample 1 after the first firing step was in a furnace-cooled state in which the sample 1 was left for a predetermined time without being removed from the furnace after the heating and holding time. The firing conditions of the second firing step were that the temperature was raised to 600 ° C. at a temperature rising rate of 6 ° C./min in an air atmosphere and held at 600 ° C. for 1 hour.

(サンプル2)サンプル2の第一焼成工程の焼成条件は、サンプル1の第一焼成工程の焼成条件における昇温速度を10℃/minに変更し、他は同じとした。第二焼成工程の焼成条件は、サンプル1の第二焼成工程の焼成条件と同じとした。   (Sample 2) The firing conditions of the first firing step of Sample 2 were the same except that the temperature increase rate in the firing conditions of the first firing step of Sample 1 was changed to 10 ° C./min. The firing conditions for the second firing step were the same as the firing conditions for the second firing step of Sample 1.

(サンプル3)サンプル3の第一焼成工程の焼成条件は、サンプル2の第一焼成工程の焼成条件における焼成温度を700℃に変更し、他は同じとした。第二焼成工程の焼成条件は、サンプル1の第二焼成工程の焼成条件と同じとした。   (Sample 3) The firing conditions of the first firing step of Sample 3 were the same except that the firing temperature in the firing conditions of the first firing step of Sample 2 was changed to 700 ° C. The firing conditions for the second firing step were the same as the firing conditions for the second firing step of Sample 1.

(サンプル4)サンプル4の第一焼成工程の焼成条件は、サンプル3の第一焼成工程の焼成条件と同じとした。第二焼成工程の焼成条件は、サンプル1の第二焼成工程の焼成条件における昇温速度を15℃/minに変更し、他は同じとした。   (Sample 4) The firing conditions of the first firing step of sample 4 were the same as the firing conditions of the first firing step of sample 3. The firing conditions of the second firing step were the same except that the temperature increase rate in the firing conditions of the second firing step of Sample 1 was changed to 15 ° C./min.

[焼成物の評価]
上述の製造プロセスを経て得られた焼成物(サンプル1〜4)を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。その観察結果を図4〜図7Cに示した。図4はサンプル1のSEM像である。図5Aはサンプル2のSEM像で、図5Bはその要部拡大図である。図6Aはサンプル3のSEM像であって、図6Bは同一試料をより高倍率で透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した際のTEM像である。なお、サンプル4の電子顕微鏡での観察の結果は、サンプル3とほぼ同じであった。
また、サンプル1〜4の焼成物の表面のX線回折(XRD)分析を行った。
[Evaluation of fired product]
The fired product (samples 1 to 4) obtained through the above manufacturing process was observed with a scanning electron microscope (SEM). The observation results are shown in FIGS. FIG. 4 is an SEM image of Sample 1. FIG. 5A is an SEM image of Sample 2, and FIG. 5B is an enlarged view of a main part thereof. 6A is an SEM image of Sample 3, and FIG. 6B is a TEM image when the same sample is observed with a transmission electron microscope (TEM) at a higher magnification. Note that the result of observation of the sample 4 with the electron microscope was almost the same as that of the sample 3.
Moreover, the X-ray-diffraction (XRD) analysis of the surface of the baking products of samples 1-4 was performed.

(サンプル1)
サンプル1のSEM観察の結果、図4に示したように、前駆体が焼成されて焼き固まった形態の、繊維状の焼成体が得たられたことが確認できた。この繊維の形状は、直径が平均で約700nmであった。焼成体をよく観察すると、直径が100nm〜200nm程度の比較的大きな粒子が繊維状に互いに密に結合して基体となったその表面に、直径が25nm〜35nm(平均粒径約30nm)の粒子が着しているのが確認できた。XRD分析の結果、基体を構成している大きな粒子がSnOであり、表面に結合している微小粒子がPtであることが確認された。
(Sample 1)
As a result of SEM observation of Sample 1, as shown in FIG. 4, it was confirmed that a fibrous fired body having a form in which the precursor was fired and solidified was obtained. This fiber had an average diameter of about 700 nm. When the fired body is observed closely, particles having a diameter of 25 nm to 35 nm (average particle diameter of about 30 nm) are formed on the surface where relatively large particles having a diameter of about 100 nm to 200 nm are closely bonded to each other in a fibrous form. I was able to confirm that was wearing. As a result of XRD analysis, it was confirmed that the large particles constituting the substrate were SnO 2 and the fine particles bonded to the surface were Pt.

(サンプル2)
サンプル2のSEM観察の結果、図5Aに示したように、中空のチューブが破裂したかのような形状の焼成体が得たられたことが確認できた。焼成体をよく観察すると、この繊維状物は、直径が50nm〜150nm程度のやや大きな粒子が結合して、中空のチューブ状で、なおかつ、チューブ壁に比較的大きめの細孔を有する多孔性の基体を形成していることがわかった。また、図5Bに示したように、この基体の表面には、直径が15nm〜20nm(平均粒径約17nm)程度の比較的微小な粒子が結合して担持されていることがわかった。
このチューブ全体のおおよその形状は、直径がおおよそ800nm程度で、長さが2μm程度であった。XRD分析の結果、基体を構成している大きな粒子がSnOであり、表面に結合している微小粒子がPtであることが確認された。
(Sample 2)
As a result of SEM observation of Sample 2, as shown in FIG. 5A, it was confirmed that a fired body having a shape as if a hollow tube was ruptured was obtained. When the fired body is observed closely, this fibrous material is a hollow tube having a diameter of about 50 nm to 150 nm and a relatively large pore on the tube wall. It was found that a substrate was formed. Further, as shown in FIG. 5B, it was found that relatively fine particles having a diameter of about 15 nm to 20 nm (average particle diameter of about 17 nm) were bonded and supported on the surface of the substrate.
The approximate shape of the entire tube was about 800 nm in diameter and about 2 μm in length. As a result of XRD analysis, it was confirmed that the large particles constituting the substrate were SnO 2 and the fine particles bonded to the surface were Pt.

(サンプル3)
サンプル3のSEM観察の結果、図6Aに示したように、前駆体が焼成されて、多孔性の繊維状の焼成体が得たられたことが確認できた。焼成体をさらにTEMにより観察すると、図6Bに示したように、この繊維状物は、直径が50nm〜100nm程度の粒子が結合して、中空のチューブ状で、なおかつ、チューブ壁に細孔を有する多孔性の基体を形成していることがわかった。また、この基体を構成する粒子の表面には、微小な粒子が結合して担持されていることがわかった。
このチューブのおおよその形状は、外径が500nm程度、内径が200nm程度で、長さが2μm程度であった。チューブ壁に形成された細孔の径は、およそ20nm〜30nmであった。また、この基体の表面に担持されている粒子は、直径が6nm〜8nm(平均粒径約7nm)程度であった。XRD分析の結果、基体を構成している部分はSnOであり、表面に結合している粒子がPtであることが確認された。
(Sample 3)
As a result of SEM observation of sample 3, as shown in FIG. 6A, it was confirmed that the precursor was fired to obtain a porous fibrous fired body. When the fired body is further observed by TEM, as shown in FIG. 6B, the fibrous material has a hollow tube shape in which particles having a diameter of about 50 nm to 100 nm are bonded, and pores are formed in the tube wall. It was found that a porous substrate having the same was formed. It was also found that fine particles were bonded and supported on the surface of the particles constituting the substrate.
The approximate shape of this tube was an outer diameter of about 500 nm, an inner diameter of about 200 nm, and a length of about 2 μm. The diameter of the pore formed in the tube wall was approximately 20 nm to 30 nm. The particles carried on the surface of the substrate had a diameter of about 6 nm to 8 nm (average particle size of about 7 nm). As a result of XRD analysis, it was confirmed that the portion constituting the substrate was SnO 2 and the particles bonded to the surface were Pt.

(サンプル4)
サンプル4のSEM観察の結果、前駆体が焼成されて、多孔性の繊維状の焼成体が得たられたことが確認できた。焼成体をさらに観察すると、この繊維状物は直径が50nm〜100nm程度の粒子が結合して、中空のチューブ状で、なおかつ、チューブ壁に細孔を有する多孔性の基体を形成していることがわかった。なお、この基体の表面には、サンプル3に比べて微小な粒子が結合して担持されていることがわかった。
このチューブのおおよその形状は、直径がおおよそ500nm程度で、長さが2μm程度と、サンプル3とほぼ同様の形態であった。チューブ壁に形成された細孔の径は、およそ20nm〜30nmであった。なお、サンプル4の基体の表面に担持されている粒子は、直径が3nm〜4nm(平均粒径約3nm)程度とサンプル3のPt粒子よりも微小であった。XRD分析の結果、基体を構成している部分はSnOであり、表面に結合している粒子がPtであることが確認された。
(Sample 4)
As a result of SEM observation of sample 4, it was confirmed that the precursor was fired and a porous fibrous fired body was obtained. When the fired body is further observed, the fibrous material is bonded with particles having a diameter of about 50 nm to 100 nm to form a hollow substrate and a porous substrate having pores on the tube wall. I understood. It was found that fine particles were bonded and supported on the surface of the substrate as compared with Sample 3.
The approximate shape of this tube was approximately the same as that of sample 3, with a diameter of approximately 500 nm and a length of approximately 2 μm. The diameter of the pore formed in the tube wall was approximately 20 nm to 30 nm. The particles carried on the surface of the substrate of sample 4 had a diameter of about 3 nm to 4 nm (average particle diameter of about 3 nm) and were finer than the Pt particles of sample 3. As a result of XRD analysis, it was confirmed that the portion constituting the substrate was SnO 2 and the particles bonded to the surface were Pt.

以上のことから、前駆体に対し、不活性気流中で所定の焼成温度範囲(第一の焼成温度)で焼成する第一焼成工程を施した後、酸化雰囲気中で、所定の温度範囲(第二の焼成温度)で焼成する第二焼成工程を施すことで、多孔性のセラミックからなるマイクロチューブを基体とし、その表面にPtナノ粒子が担持された、Pt担持マイクロチューブを製造できることがわかった。
サンプル1およびサンプル2の観察結果から、第一焼成工程における焼成温度が低すぎると、中空形状が好適に形成できない場合があることがわかる。また、第一焼成工程における不活性雰囲気に十分な流れがないと、セラミック基体が緻密に焼結し、多孔性の基体や中空形状の基体を構成できない場合があることがわかった。
サンプル3およびサンプル4の観察結果から、第二焼成工程における昇温速度を変化させることで、セラミック基体(セラミック製のマイクロチューブ)に担持されるPt粒子の粒径を制御できることがわかった。
From the above, after subjecting the precursor to the first firing step of firing in a predetermined firing temperature range (first firing temperature) in an inert stream, the precursor is subjected to a predetermined temperature range (first It was found that a Pt-supported microtube having a micro-tube made of porous ceramic as a base and Pt nanoparticles supported on the surface can be manufactured by performing a second firing step of firing at a second firing temperature). .
From the observation results of Sample 1 and Sample 2, it can be seen that if the firing temperature in the first firing step is too low, a hollow shape may not be formed suitably. Further, it has been found that if the inert atmosphere in the first firing step does not have a sufficient flow, the ceramic substrate may be densely sintered and a porous substrate or a hollow substrate may not be formed.
From the observation results of Sample 3 and Sample 4, it was found that the particle size of the Pt particles supported on the ceramic substrate (ceramic microtube) can be controlled by changing the temperature increase rate in the second firing step.

[電極の製造]
サンプル4で得られたPt担持マイクロチューブの触媒活性評価を行うために、サイクリックボルタンメトリー(CV)を以下の手順で測定した。
(1)サイクリックボルタンメトリー測定
サンプル4で得られたPt担持マイクロチューブを触媒体として用いて作用極を構成し、参照極には白金を、対極には可逆水素電極を用い、電解液には0.1M過塩素酸(HClO)溶液を使用して、三極式セルを作製した。なお、作用極は、測定対象である触媒体を純水に分散させた溶液をディスク電極上に3.76×10−5g/cmとなるように滴下し、乾燥させた後、パーフルオロカーボンから構成されるプロトン伝導性膜により固定することで作製した。また、この三極式セルには、測定前の30分間に電解液に窒素(N)ガスを吹き込み、セル内を窒素(N)で飽和させた。その後、25℃で、50mV/s、可逆水素電極に対する電位幅0V〜1.2Vの条件で電位を掃引し、応答電流を測定した。
[Manufacture of electrodes]
In order to evaluate the catalytic activity of the Pt-supported microtube obtained in Sample 4, cyclic voltammetry (CV) was measured by the following procedure.
(1) Cyclic voltammetry measurement Using the Pt-supported microtube obtained in Sample 4 as a catalyst, a working electrode is constructed, platinum is used as a reference electrode, a reversible hydrogen electrode is used as a counter electrode, and 0 is used as an electrolyte. A tripolar cell was made using a 1 M perchloric acid (HClO 4 ) solution. The working electrode was prepared by dropping a solution in which the catalyst body to be measured was dispersed in pure water onto the disk electrode so as to be 3.76 × 10 −5 g / cm 2 , drying, and then perfluorocarbon. It was prepared by fixing with a proton conductive membrane composed of Further, nitrogen (N 2 ) gas was blown into the electrolyte solution for 30 minutes before the measurement, and the inside of the cell was saturated with nitrogen (N 2 ). Thereafter, the potential was swept at 25 ° C. under the conditions of 50 mV / s and a potential width of 0 V to 1.2 V with respect to the reversible hydrogen electrode, and the response current was measured.

図8に、1000サイクル電位変動させた時の、10サイクル、100サイクル、500サイクルおよび900サイクル目のサイクリックボルタモグラムを示した。図8に示したように、CVの低電圧側の領域には白金に特徴的な吸脱着ピークが観察されており、Pt担持マイクロチューブにおけるPtは電気化学的に活性であるといえる。また、このピークの面積から算出される、Pt担持マイクロチューブの電気化学的活性表面積は60m/gPtと非常に高い値であることが確認できた。
また、図には示していないが、10サイクルから1000サイクルの電位変動の間で、200サイクルまでは電位変動を繰り返すことでピーク強度が増加し、その後ピーク強度はほぼ一定に保たれることが確認できた。すなわち、Pt担持マイクロチューブは、触媒特性の脱離や劣化がほとんど見られず、サイクル特性および耐久性が高いことが示された。
FIG. 8 shows cyclic voltammograms at the 10th cycle, 100th cycle, 500th cycle and 900th cycle when the potential is changed for 1000 cycles. As shown in FIG. 8, an adsorption / desorption peak characteristic of platinum is observed in the low voltage side region of CV, and it can be said that Pt in the Pt-supported microtube is electrochemically active. Further, it was confirmed that the electrochemically active surface area of the Pt-supported microtube calculated from the area of this peak was a very high value of 60 m 2 / gPt.
Further, although not shown in the figure, the peak intensity increases by repeating the potential fluctuation up to 200 cycles between the potential fluctuations of 10 to 1000 cycles, and thereafter the peak intensity can be kept almost constant. It could be confirmed. That is, the Pt-supported microtube showed almost no desorption or deterioration of the catalyst characteristics, indicating that the cycle characteristics and durability were high.

以上、具体的な実施例を挙げて本発明を説明したが、これらは例示にすぎず、本発明を限定するものではない。ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれ得る。
例えば、上記の実施形態においては、紡糸原料液中のセラミック源と白金源とを均一に混合してマイクロチューブの表面にPt粒子が極めて均一に分散された(高分散された)Pt担持マイクロチューブを製造しているが、例えば、Pt担持マイクロチューブにおけるPt粒子の担持量を部分的に変化させる等の目的で、紡糸原料液中のセラミック源と白金源との割合(例えば、濃度)を不均一にする等しても良い。
また、上記の実施形態において、一つのノズルから紡糸原料液を紡糸し、繊維状の前駆体を形成しているが、例えば、複数のノズルから紡糸原料液を紡糸して、繊維が絡み合ったシート状の前駆体を形成する等しても良い。また、前駆体は、さらに任意の形状に成形した後焼成して、所望の形状を有するPt担持マイクロチューブを得るようにしても良い。
Although the present invention has been described with reference to specific examples, these are merely examples and do not limit the present invention. The invention disclosed herein can include various modifications and alterations of the specific examples described above.
For example, in the above embodiment, a Pt-supported microtube in which the ceramic source and the platinum source in the spinning raw material liquid are uniformly mixed and Pt particles are extremely uniformly dispersed (highly dispersed) on the surface of the microtube. However, the ratio (for example, concentration) of the ceramic source and the platinum source in the spinning raw material liquid is not used for the purpose of, for example, partially changing the amount of Pt particles supported in the Pt-supported microtube. It may be made uniform.
Further, in the above embodiment, the spinning raw material liquid is spun from one nozzle to form a fibrous precursor. For example, the spinning raw material liquid is spun from a plurality of nozzles and the fibers are intertwined. A shaped precursor may be formed. Further, the precursor may be further shaped into an arbitrary shape and then fired to obtain a Pt-supported microtube having a desired shape.

本発明により、多孔性のセラミックマイクロチューブの内壁および外壁に、Ptナノ粒子が担持されている、Pt担持マイクロチューブが提供される。かかるPt担持マイクロチューブは、高い活性比表面積を有することから、種々の反応の触媒として利用することができる。例えば、高分子電解質型の燃料電池(PEMFC)におけるアノード触媒層を形成する際に好適に用いることができる。   The present invention provides a Pt-supported microtube in which Pt nanoparticles are supported on the inner wall and the outer wall of a porous ceramic microtube. Since such a Pt-supported microtube has a high active specific surface area, it can be used as a catalyst for various reactions. For example, it can be suitably used when forming an anode catalyst layer in a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC).

2 紡糸原料液
4 容器
6 ノズル
8 高圧電源
10 前駆体
12 ポンプ
14 集電板
20 エレクトロスピニング装置
100 燃料電池(PEMFC)
110 膜−電極接合体(MEA)
120 バイポーラプレート
130 単位セル
140 ホルダ
200 固体高分子膜(電解質膜)
210 燃料極
212 第一燃料流通層
214 第二燃料流通層
220 酸化極
222 第一空気流通層
224 第二空気流通層
2 Spinning raw material liquid 4 Container 6 Nozzle 8 High-voltage power supply 10 Precursor 12 Pump 14 Current collector 20 Electrospinning device 100 Fuel cell (PEMFC)
110 Membrane-electrode assembly (MEA)
120 Bipolar plate 130 Unit cell 140 Holder 200 Solid polymer membrane (electrolyte membrane)
210 fuel electrode 212 first fuel circulation layer 214 second fuel circulation layer 220 oxidation electrode 222 first air circulation layer 224 second air circulation layer

Claims (19)

セラミック粒子が中空管状に結合してなるセラミック製のマイクロチューブの表面に、白金(Pt)粒子が担持されている、Pt担持マイクロチューブ。   A Pt-supported microtube in which platinum (Pt) particles are supported on the surface of a ceramic microtube formed by bonding ceramic particles into a hollow tube. 前記Pt粒子の平均粒径は、15nm以下である、請求項1に記載のPt担持マイクロチューブ。   The Pt-supporting microtube according to claim 1, wherein an average particle diameter of the Pt particles is 15 nm or less. 前記セラミック粒子の平均粒径は、200nm以下である、請求項2に記載のPt担持マイクロチューブ。   The Pt-supported microtube according to claim 2, wherein the ceramic particles have an average particle size of 200 nm or less. 前記Pt粒子は、前記マイクロチューブの内壁および外壁にそれぞれ担持されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のPt担持マイクロチューブ。   The Pt-supporting microtube according to any one of claims 1 to 3, wherein the Pt particles are respectively supported on an inner wall and an outer wall of the microtube. 前記Pt粒子は、前記Pt担持マイクロチューブ全体を100質量%として、1質量%以上40質量%以下の割合で担持されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のPt担持マイクロチューブ。   The Pt-supported microtube according to any one of claims 1 to 4, wherein the Pt particles are supported at a ratio of 1% by mass to 40% by mass with the entire Pt-supported microtube as 100% by mass. . 前記マイクロチューブは、平均外径が200nm以上700nm以下、平均内径が40nm以上600nm以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のPt担持マイクロチューブ。   The Pt-supporting microtube according to any one of claims 1 to 5, wherein the microtube has an average outer diameter of 200 nm to 700 nm and an average inner diameter of 40 nm to 600 nm. 前記マイクロチューブが、多孔質構造である、請求項1〜6のいずれか1項に記載のPt担持マイクロチューブ。   The Pt-supporting microtube according to any one of claims 1 to 6, wherein the microtube has a porous structure. 前記セラミック粒子が酸化スズ粒子である、請求項1〜7のいずれか1項に記載のPt担持マイクロチューブ。   The Pt-supporting microtube according to any one of claims 1 to 7, wherein the ceramic particles are tin oxide particles. セラミック源と白金(Pt)源と樹脂成分とを含む紡糸原料液を調製する工程、
前記紡糸原料液を紡糸して繊維状の前駆体を用意する工程、
前記前駆体を、不活性気流中で、450℃以上900℃以下の温度範囲に設定される第一の焼成温度で焼成する第一焼成工程、および、
前記第一焼成工程により焼成された焼成物を、酸化雰囲気中で、400℃以上で前記第一の焼成温度を超えない温度範囲に設定される第二の焼成温度で焼成する第二焼成工程、
を包含する、Pt担持マイクロチューブの製造方法。
Preparing a spinning raw material liquid comprising a ceramic source, a platinum (Pt) source and a resin component;
Spinning the spinning raw material liquid to prepare a fibrous precursor,
A first firing step of firing the precursor at a first firing temperature set in a temperature range of 450 ° C. or more and 900 ° C. or less in an inert air flow; and
A second firing step in which the fired product fired in the first firing step is fired in an oxidizing atmosphere at a second firing temperature set at a temperature range of 400 ° C. or higher and not exceeding the first firing temperature;
The manufacturing method of Pt carrying | support microtube containing this.
前記第一焼成工程における昇温速度を5℃/min以上20℃/min以下とする、請求項9に記載のPt担持マイクロチューブの製造方法。   The manufacturing method of the Pt carrying | support microtube of Claim 9 which makes the temperature increase rate in said 1st baking process 5 degrees C / min or more and 20 degrees C / min or less. 前記第一焼成工程の終了後に100℃以下にまで温度を下げた後、
前記第二の焼成温度まで昇温速度5℃/min以上20℃/min以下で昇温する、請求項9または10に記載のPt担持マイクロチューブの製造方法。
After the temperature is lowered to 100 ° C. or less after the first firing step,
The method for producing a Pt-supported microtube according to claim 9 or 10, wherein the temperature is raised to a temperature of 5 ° C / min to 20 ° C / min up to the second firing temperature.
前記紡糸原料液における前記セラミック源と前記白金源との割合は、
前記第二焼成工程後に得られるセラミックと白金との質量比(セラミック質量:白金質量)が、60:40〜99:1の範囲となるよう調製されている、請求項9〜11のいずれか1項に記載のPt担持マイクロチューブの製造方法。
The ratio of the ceramic source and the platinum source in the spinning raw material liquid is:
The mass ratio of ceramic and platinum obtained after the second firing step (ceramic mass: platinum mass) is prepared to be in a range of 60:40 to 99: 1. The manufacturing method of Pt carrying | support microtube of description.
前記セラミック源が、スズのハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩、酢酸塩およびシュウ酸塩からなる群から選択される1種以上を含む、請求項9〜12のいずれか1項に記載のPt担持マイクロチューブの製造方法。   The Pt-supported micro of any one of claims 9 to 12, wherein the ceramic source includes one or more selected from the group consisting of tin halides, nitrates, sulfates, acetates, and oxalates. Tube manufacturing method. 前記前駆体は、前記紡糸原料液をエレクトロスピニング法によりノズルから噴出させることで形成する、請求項9〜13のいずれか1項に記載のPt担持マイクロチューブの製造方法。   The method for producing a Pt-supported microtube according to claim 9, wherein the precursor is formed by ejecting the spinning raw material liquid from a nozzle by an electrospinning method. 前記ノズルの内径が0.2mm以上1.2mm以下の範囲である、請求項14に記載のPt担持マイクロチューブの製造方法。   The manufacturing method of the Pt carrying | support microtube of Claim 14 which is the range whose inner diameter of the said nozzle is 0.2 mm or more and 1.2 mm or less. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のPt担持マイクロチューブを備えていることを特徴とする物品。 An article comprising the Pt-supporting microtube according to any one of claims 1 to 8. 請求項1〜8のいずれか1項に記載のPt担持マイクロチューブを備えていることを特徴とする固体高分子形燃料電池用触媒体。   A catalyst body for a polymer electrolyte fuel cell, comprising the Pt-supported microtube according to any one of claims 1 to 8. 請求項9〜15のいずれか1項に記載の製造方法により製造されたPt担持マイクロチューブを備えていることを特徴とする物品。   An article comprising a Pt-supported microtube manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 9 to 15. 請求項9〜15のいずれか1項に記載の製造方法により製造されたPt担持マイクロチューブを備えていることを特徴とする、固体高分子形燃料電池用触媒体。   A catalyst body for a polymer electrolyte fuel cell, comprising the Pt-supported microtube manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 9 to 15.
JP2012183246A 2012-08-22 2012-08-22 Pt-supported microtube and manufacturing method thereof Active JP5919138B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012183246A JP5919138B2 (en) 2012-08-22 2012-08-22 Pt-supported microtube and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012183246A JP5919138B2 (en) 2012-08-22 2012-08-22 Pt-supported microtube and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014039910A true JP2014039910A (en) 2014-03-06
JP5919138B2 JP5919138B2 (en) 2016-05-18

Family

ID=50392647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012183246A Active JP5919138B2 (en) 2012-08-22 2012-08-22 Pt-supported microtube and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5919138B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106770584A (en) * 2017-01-19 2017-05-31 中原工学院 A kind of preparation method of the solid electrolyte sensor of low-power-consumptiohigh-sensitivity high-sensitivity
CN109792057A (en) * 2017-03-16 2019-05-21 株式会社Lg化学 Structural body
KR20200122914A (en) * 2019-04-19 2020-10-28 한국과학기술연구원 Fluorine doped tin oxide support and Pt catalyst for fuel cell comprising the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018169337A1 (en) * 2017-03-16 2018-09-20 주식회사 엘지화학 Structure

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004277260A (en) * 2003-03-18 2004-10-07 Fuji Photo Film Co Ltd Porous ceramic material and method of manufacturing the same
JP2005138050A (en) * 2003-11-07 2005-06-02 Nissan Motor Co Ltd Photocatalyst and production method of catalyst
JP2008004541A (en) * 2006-05-25 2008-01-10 Nissan Motor Co Ltd Electrode material
JP2008062163A (en) * 2006-09-06 2008-03-21 Mitsubishi Chemicals Corp Metal oxide catalyst
US20090136816A1 (en) * 2007-11-28 2009-05-28 Samsung Sdi Co., Ltd. Hollow capsule structure and method of preparing the same
JP2009233575A (en) * 2008-03-27 2009-10-15 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Tubular body of tungsten oxide and photocatalyst using the same
JP2011016122A (en) * 2009-06-11 2011-01-27 Hitachi Aic Inc Hydrogen catalyst material
JP2011230104A (en) * 2010-04-30 2011-11-17 Toyota Motor Corp Exhaust gas purifying catalyst and method for manufacturing the same
US20130171033A1 (en) * 2011-12-30 2013-07-04 National Tsing Hua University High Thermal Stable Hollow Mesoporous Nanotubes, Preparation and Application for the Same

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004277260A (en) * 2003-03-18 2004-10-07 Fuji Photo Film Co Ltd Porous ceramic material and method of manufacturing the same
JP2005138050A (en) * 2003-11-07 2005-06-02 Nissan Motor Co Ltd Photocatalyst and production method of catalyst
JP2008004541A (en) * 2006-05-25 2008-01-10 Nissan Motor Co Ltd Electrode material
JP2008062163A (en) * 2006-09-06 2008-03-21 Mitsubishi Chemicals Corp Metal oxide catalyst
US20090136816A1 (en) * 2007-11-28 2009-05-28 Samsung Sdi Co., Ltd. Hollow capsule structure and method of preparing the same
JP2009132607A (en) * 2007-11-28 2009-06-18 Samsung Sdi Co Ltd Hollow capsule structure and method of manufacturing the same
JP2009233575A (en) * 2008-03-27 2009-10-15 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Tubular body of tungsten oxide and photocatalyst using the same
JP2011016122A (en) * 2009-06-11 2011-01-27 Hitachi Aic Inc Hydrogen catalyst material
JP2011230104A (en) * 2010-04-30 2011-11-17 Toyota Motor Corp Exhaust gas purifying catalyst and method for manufacturing the same
US20130171033A1 (en) * 2011-12-30 2013-07-04 National Tsing Hua University High Thermal Stable Hollow Mesoporous Nanotubes, Preparation and Application for the Same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6015051644; 堤宏守 他: '電界紡糸法と無電解めっき法を用い調製した極細酸化銅チューブの特性' 表面技術協会第123回講演大会講演要旨集 , 20110307, Pages203-204 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106770584A (en) * 2017-01-19 2017-05-31 中原工学院 A kind of preparation method of the solid electrolyte sensor of low-power-consumptiohigh-sensitivity high-sensitivity
CN109792057A (en) * 2017-03-16 2019-05-21 株式会社Lg化学 Structural body
JP2019525443A (en) * 2017-03-16 2019-09-05 エルジー・ケム・リミテッド Structure
US11251438B2 (en) 2017-03-16 2022-02-15 Lg Energy Solution, Ltd. Tube structure having metal on inner surface thereof
KR20200122914A (en) * 2019-04-19 2020-10-28 한국과학기술연구원 Fluorine doped tin oxide support and Pt catalyst for fuel cell comprising the same
KR102254764B1 (en) * 2019-04-19 2021-05-24 한국과학기술연구원 Fluorine doped tin oxide support and Pt catalyst for fuel cell comprising the same
US11936052B2 (en) 2019-04-19 2024-03-19 Korea Institute Of Science And Technology Fluorine-doped tin oxide support and Pt catalyst for fuel cell comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP5919138B2 (en) 2016-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Rational design of electrospun nanofiber-typed electrocatalysts for water splitting: A review
Cavaliere et al. Electrospinning: designed architectures for energy conversion and storage devices
KR101762258B1 (en) Carbon material for use as catalyst carrier
Zhao et al. One dimensional La0. 8Sr0. 2Co0. 2Fe0. 8O3− δ/Ce0. 8Gd0. 2O1. 9 nanocomposite cathodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells
Nie et al. Electrospun one-dimensional electrocatalysts for oxygen reduction reaction: insights into structure–activity relationship
Li et al. Porous ceramic nanofibers as new catalysts toward heterogeneous reactions
Zhao et al. Electrospinning La0. 8Sr0. 2Co0. 2Fe0. 8O3− δ tubes impregnated with Ce0. 8Gd0. 2O1. 9 nanoparticles for an intermediate temperature solid oxide fuel cell cathode
CN100477349C (en) Membrane electrode assembly for fuel cell
CN103227334B (en) Carbon-containing metal catalyst, preparation method and application thereof
JP3576108B2 (en) Electrode, fuel cell using the same, and method of manufacturing electrode
KR101113311B1 (en) Method for fabricating hybrid catalyst with metal oxide nanowire, electrode and fuel cell containing hybrid catalyst fabricated by the same
JP2004079244A (en) Catalyst for fuel cell and fuel cell
Shim et al. Preparation and characterization of electrospun LaCoO 3 fibers for oxygen reduction and evolution in rechargeable Zn–air batteries
CN111910201B (en) Hydrogen electrode of solid oxide electrolytic cell, preparation method of hydrogen electrode and solid oxide electrolytic cell
JP2012001865A (en) Fibrous composite material and method for producing the same, and fiber member and functional device which include fibrous composite material
JP5919138B2 (en) Pt-supported microtube and manufacturing method thereof
JP4012192B2 (en) Catalyst for fuel cell and fuel cell
Daryakenari et al. Highly efficient electrocatalysts fabricated via electrophoretic deposition for alcohol oxidation, oxygen reduction, hydrogen evolution, and oxygen evolution reactions
Gong et al. Insight into the electrospinning process for SOFC cathode nanofibers
CN106972178A (en) Calalyst layer of fuel cell and forming method thereof and the fuel cell including it
JP5617717B2 (en) Composite ceramic material, method for producing the same, and solid oxide fuel cell
KR101394273B1 (en) Sponge-like porous thin film layer and solid oxide fuel cell comprising thereof as a cathode
JP2015144994A (en) Manufacturing method of carrier, manufacturing method of catalyst carrier, the carrier, and the catalyst carrier
JP5635386B2 (en) Composite particles for SOFC fuel electrode and method for producing the composite particles
JP4451591B2 (en) Gas diffusion electrode and fuel cell using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151217

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160107

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160302

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160331

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160411

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5919138

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250