JP2016035890A - Oxygen reduction catalyst - Google Patents

Oxygen reduction catalyst Download PDF

Info

Publication number
JP2016035890A
JP2016035890A JP2014196261A JP2014196261A JP2016035890A JP 2016035890 A JP2016035890 A JP 2016035890A JP 2014196261 A JP2014196261 A JP 2014196261A JP 2014196261 A JP2014196261 A JP 2014196261A JP 2016035890 A JP2016035890 A JP 2016035890A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxygen reduction
component
reduction catalyst
mass
electrode
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.)
Pending
Application number
JP2014196261A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
浩史 岸
Hiroshi Kishi
浩史 岸
朝澤 浩一郎
Koichiro Asazawa
浩一郎 朝澤
和彦 間所
Kazuhiko Madokoro
和彦 間所
坂本 友和
Tomokazu Sakamoto
友和 坂本
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.)
Daihatsu Motor Co Ltd
Original Assignee
Daihatsu Motor 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 Daihatsu Motor Co Ltd filed Critical Daihatsu Motor Co Ltd
Priority to JP2014196261A priority Critical patent/JP2016035890A/en
Publication of JP2016035890A publication Critical patent/JP2016035890A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxygen reduction catalyst capable of achieving an improvement in durability of a fuel cell.SOLUTION: An oxygen reduction catalyst is used for a cathode electrode 3 of an anion-exchange polymer electrolyte fuel cell. The oxygen reduction catalyst contains a first composition having oxygen reduction activity and a second component having peroxide decomposition activity, the second component being selected from at least one of manganese, a manganese-containing alloy, cerium, a cerium-containing alloy and an oxide thereof.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、酸素還元触媒、詳しくは、固体高分子型燃料電池などの燃料電池の酸素側電極に用いられる酸素還元触媒に関する。   The present invention relates to an oxygen reduction catalyst, and more particularly to an oxygen reduction catalyst used for an oxygen side electrode of a fuel cell such as a solid polymer fuel cell.

従来、燃料電池として、アルカリ型(AFC)、固体高分子型(PEFC)、リン酸型(PAFC)、溶融炭酸塩型(MCFC)、固体電解質型(SOFC)など、各種燃料電池が知られている。これらの燃料電池は、例えば、自動車用途など、各種用途での使用が検討されている。   Conventionally, various fuel cells such as alkaline type (AFC), solid polymer type (PEFC), phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), and solid electrolyte type (SOFC) are known as fuel cells. Yes. These fuel cells are being studied for use in various applications such as automobile applications.

例えば、固体高分子型燃料電池は、固体高分子膜からなる電解質膜と、電解質膜の一方面に形成される燃料側電極(アノード)と、電解質膜の他方面に形成される酸素側電極(カソード)とを一体的に有する膜電極接合体を備えている。そして、このような燃料電池では、アノードに燃料が供給されるとともに、カソードに空気が供給されることによって、アノード−カソード間に起電力が発生して、発電が行われる。   For example, a polymer electrolyte fuel cell includes an electrolyte membrane made of a solid polymer membrane, a fuel side electrode (anode) formed on one side of the electrolyte membrane, and an oxygen side electrode (anode) formed on the other side of the electrolyte membrane ( A membrane electrode assembly integrally having a cathode). In such a fuel cell, fuel is supplied to the anode and air is supplied to the cathode, so that an electromotive force is generated between the anode and the cathode to generate electric power.

このような固体高分子型燃料電池に使用されるカソードとして、例えば、サルコミンなどの配位子がコバルトなどの遷移金属に配位した遷移金属錯体を焼成して得られる酸素還元触媒が知られている(例えば、特許文献1参照。)。   As a cathode used in such a polymer electrolyte fuel cell, for example, an oxygen reduction catalyst obtained by firing a transition metal complex in which a ligand such as sarcomin is coordinated to a transition metal such as cobalt is known. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2012−157811号公報JP 2012-157811 A

しかるに、上記した特許文献1に記載の燃料電池において、さらなる耐久性の向上が検討されている。   However, in the fuel cell described in Patent Document 1 described above, further improvement in durability has been studied.

そこで、本発明の目的は、燃料電池の耐久性の向上を図ることができる酸素還元触媒を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an oxygen reduction catalyst capable of improving the durability of a fuel cell.

本発明の酸素還元触媒は、アニオン交換型の固体高分子型燃料電池のカソード電極に用いられる酸素還元触媒であって、酸素還元活性を有する第1成分と、過酸化物分解活性を有する第2成分とを含有し、前記第2成分は、マンガン、マンガンを含有する合金、セリウム、セリウムを含有する合金、および、それらの酸化物の少なくともいずれか1つから選択されることを特徴としている。   The oxygen reduction catalyst of the present invention is an oxygen reduction catalyst used for a cathode electrode of an anion exchange type solid polymer fuel cell, and includes a first component having oxygen reduction activity and a second component having peroxide decomposition activity. And the second component is selected from at least one of manganese, an alloy containing manganese, cerium, an alloy containing cerium, and an oxide thereof.

また、本発明の酸素還元触媒は、前記第1成分が、鉄に有機化合物が配位した鉄錯体の焼成体であることが好適である。   In the oxygen reduction catalyst of the present invention, it is preferable that the first component is a fired body of an iron complex in which an organic compound is coordinated to iron.

また、本発明の酸素還元触媒は、前記酸素還元触媒中の前記第2成分の含有割合が、20質量%以上60質量%以下であることが好適である。   In the oxygen reduction catalyst of the present invention, it is preferable that the content ratio of the second component in the oxygen reduction catalyst is 20% by mass or more and 60% by mass or less.

本発明の酸素還元触媒によれば、酸素還元活性を有する第1成分に加えて、第2成分として、マンガン、マンガンを含有する合金、セリウム、セリウムを含有する合金、および、それらの酸化物の少なくともいずれか1つを含有している。   According to the oxygen reduction catalyst of the present invention, in addition to the first component having oxygen reduction activity, manganese, an alloy containing manganese, cerium, an alloy containing cerium, and oxides thereof as the second component At least one of them is contained.

そのため、酸素の還元反応における副反応によって生じる過酸化物を分解することができる。   Therefore, the peroxide generated by the side reaction in the oxygen reduction reaction can be decomposed.

その結果、燃料電池、特に、燃料電池の膜電極接合体が過酸化物によって劣化することを抑制できる。   As a result, the deterioration of the fuel cell, in particular, the membrane electrode assembly of the fuel cell, can be suppressed.

これにより、本発明の酸素還元触媒を燃料電池に用いた場合、燃料電池の耐久性の向上を図ることができる。   Thereby, when the oxygen reduction catalyst of the present invention is used for a fuel cell, the durability of the fuel cell can be improved.

図1は、本発明の酸素還元触媒が用いられる燃料電池の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell in which the oxygen reduction catalyst of the present invention is used. 図2は、酸素還元触媒を用いて作製した3電極型セルの半波電位(V vs Hg/HgO)と過酸化物発生率との関係を示す相関図である。FIG. 2 is a correlation diagram showing the relationship between the half-wave potential (V vs Hg / HgO) and the peroxide generation rate of a three-electrode cell produced using an oxygen reduction catalyst. 図3は、酸素還元触媒を用いて作製した3電極型セルの半波電位(V vs RHE)と過酸化物発生率との関係を示す相関図である。FIG. 3 is a correlation diagram showing the relationship between the half-wave potential (V vs RHE) and the peroxide generation rate of a three-electrode cell produced using an oxygen reduction catalyst.

1.燃料電池
図1は、本発明の酸素還元触媒が用いられる燃料電池の概略構成図である。
1. Fuel Cell FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell in which the oxygen reduction catalyst of the present invention is used.

燃料電池1は、固体高分子型燃料電池であって、複数の燃料電池セルSを備えており、これらの燃料電池セルSが積層されたスタック構造として形成されている。なお、図1においては、図解しやすいように1つの燃料電池セルSのみを示している。   The fuel cell 1 is a polymer electrolyte fuel cell, and includes a plurality of fuel cells S, and is formed as a stack structure in which these fuel cells S are stacked. In FIG. 1, only one fuel cell S is shown for easy illustration.

燃料電池セルSは、電解質層4と、アノード電極2(アノード)と、カソード電極3(カソード)と、燃料供給部材5、酸素供給部材6とを備えている。   The fuel cell S includes an electrolyte layer 4, an anode electrode 2 (anode), a cathode electrode 3 (cathode), a fuel supply member 5, and an oxygen supply member 6.

電解質層4は、アニオン交換膜から形成されている。アニオン交換膜としては、カソード電極3で生成されるアニオン成分としての水酸化物イオン(OH)を、カソード電極3からアノード電極2へ移動させることができる媒体であれば、特に限定されないが、例えば、4級アンモニウム基、ピリジニウム基などのアニオン交換基を有する固体高分子膜(アニオン交換樹脂)が挙げられる。 The electrolyte layer 4 is formed from an anion exchange membrane. The anion exchange membrane is not particularly limited as long as it is a medium capable of moving hydroxide ions (OH ) as anion components generated at the cathode electrode 3 from the cathode electrode 3 to the anode electrode 2. Examples thereof include a solid polymer membrane (anion exchange resin) having an anion exchange group such as a quaternary ammonium group and a pyridinium group.

アノード電極2は、例えば、触媒を担持した触媒担体などの電極材料により、電解質層4の一方の面に形成されている。また、触媒担体を用いずに、電極材料として触媒粒子を用い、その触媒粒子を、直接、アノード電極2として形成してもよい。   The anode electrode 2 is formed on one surface of the electrolyte layer 4 by an electrode material such as a catalyst carrier carrying a catalyst. Further, without using the catalyst carrier, catalyst particles may be used as the electrode material, and the catalyst particles may be directly formed as the anode electrode 2.

触媒としては、特に制限されず、例えば、白金族元素(ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt))、鉄族元素(鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni))などの周期表(IUPAC Periodic Table of the Elements(version date 22 June 2007)に従う。以下同じ。)第8〜10(VIII)族元素や、例えば、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)などの周期表第11(IB)族元素、さらには亜鉛(Zn)などの金属単体や、それらの合金などが挙げられる。   The catalyst is not particularly limited, and examples thereof include platinum group elements (ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt)), iron group elements ( According to a periodic table such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)) (IUPAC Periodic Table of the Elements (version date 22 June 2007), the same applies hereinafter) Group 8 to 10 (VIII) elements, For example, periodic table 11th group (IB) elements, such as copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au), and simple metals such as zinc (Zn), and alloys thereof may be used.

これらは、単独使用または2種以上併用することができる。   These can be used alone or in combination of two or more.

触媒担体としては、例えば、カーボンなどの多孔質物質が挙げられる。触媒の触媒担体に対する担持量は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。   Examples of the catalyst carrier include porous substances such as carbon. The amount of the catalyst supported on the catalyst carrier is not particularly limited, and is appropriately set according to the purpose and application.

アノード電極2の厚みは、例えば、10μm以上、好ましくは、20μm以上であり、また、例えば、200μm以下、好ましくは、100μm以下である。   The thickness of the anode electrode 2 is, for example, 10 μm or more, preferably 20 μm or more, and for example, 200 μm or less, preferably 100 μm or less.

カソード電極3は、上記した触媒の代わりに、後述する酸素還元触媒を用いて、電解質層4の他方の面(アノード電極2が形成される面とは反対側の面)に後述する方法により形成されている。   The cathode electrode 3 is formed by the method described later on the other surface of the electrolyte layer 4 (the surface opposite to the surface on which the anode electrode 2 is formed) using an oxygen reduction catalyst described later instead of the above-described catalyst. Has been.

また、カソード電極3の厚みは、例えば、0.1μm以上、好ましくは、1μm以上であり、また、例えば、100μm以下、好ましくは、10μm以下である。   The thickness of the cathode electrode 3 is, for example, 0.1 μm or more, preferably 1 μm or more, and for example, 100 μm or less, preferably 10 μm or less.

燃料供給部材5は、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、アノード電極2に対向接触されている。燃料供給部材5には、アノード電極2の全体に燃料を接触させるための燃料側流路7が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。また、燃料供給部材5には、その上流側端部および下流側端部に、燃料側流路7に連通する供給口8および排出口9が形成されている。   The fuel supply member 5 is made of a gas-impermeable conductive member, and one surface thereof is opposed to the anode electrode 2. In the fuel supply member 5, a fuel-side flow path 7 for bringing fuel into contact with the entire anode electrode 2 is formed as a distorted groove that is recessed from one surface. In addition, the fuel supply member 5 has a supply port 8 and a discharge port 9 communicating with the fuel-side flow path 7 at its upstream end and downstream end.

酸素供給部材6は、燃料供給部材5と同様に、ガス不透過性の導電性部材からなり、その一方の面が、カソード電極3に対向接触されている。酸素供給部材6には、カソード電極3の全体に酸素(空気)を接触させるための酸素側流路10が、一方の面から凹む葛折状の溝として形成されている。また、酸素供給部材6には、その上流側端部および下流側端部に、酸素側流路10に連通する供給口11および排出口12が形成されている。   Similar to the fuel supply member 5, the oxygen supply member 6 is made of a gas-impermeable conductive member, and one surface thereof is in contact with the cathode electrode 3. In the oxygen supply member 6, an oxygen-side flow path 10 for bringing oxygen (air) into contact with the entire cathode electrode 3 is formed as a twisted groove recessed from one surface. The oxygen supply member 6 has a supply port 11 and a discharge port 12 communicating with the oxygen-side flow path 10 at the upstream end portion and the downstream end portion thereof.

そして、この燃料電池1では、燃料化合物を含む燃料(好ましくは、液体燃料)が、燃料供給部材5の供給口8を介して燃料側流路7に供給され、酸素(空気)が、酸素供給部材6の供給口11を介して酸素側流路10に供給される。   In this fuel cell 1, fuel (preferably liquid fuel) containing a fuel compound is supplied to the fuel-side flow path 7 through the supply port 8 of the fuel supply member 5, and oxygen (air) is supplied to the oxygen supply. It is supplied to the oxygen side flow path 10 through the supply port 11 of the member 6.

燃料化合物としては、例えば、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのアルキル基を有するエーテル類、ヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。   Examples of the fuel compound include alcohols such as methanol, ethers having an alkyl group such as dimethyl ether, hydrazines, and the like, preferably alcohols and hydrazines, and more preferably hydrazines. It is done.

ヒドラジン類としては、例えば、ヒドラジン(NHNH)、水加ヒドラジン(NHNH・HO)、炭酸ヒドラジン((NHNHCO)、塩酸ヒドラジン(NHNH・HCl)、硫酸ヒドラジン(NHNH・HSO)、モノメチルヒドラジン(CHNHNH)、ジメチルヒドラジン((CHNNH、CHNHNHCH)、カルボンヒドラジド((NHNHCO)などが挙げられる。 Examples of hydrazines include hydrazine (NH 2 NH 2 ), hydrated hydrazine (NH 2 NH 2 .H 2 O), hydrazine carbonate ((NH 2 NH 2 ) 2 CO 2 ), and hydrazine hydrochloride (NH 2 NH 2). HCl), hydrazine sulfate (NH 2 NH 2 .H 2 SO 4 ), monomethyl hydrazine (CH 3 NHNH 2 ), dimethyl hydrazine ((CH 3 ) 2 NNH 2 , CH 3 NHNHCH 3 ), carboxylic hydrazide ((NHNH 2 ) 2 CO).

このようなヒドラジン類のうち、好ましくは、炭素を含まないヒドラジン類、すなわち、ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジンなどが挙げられる。ヒドラジン、水加ヒドラジン、硫酸ヒドラジンなどは、COおよびCOの生成がなく、触媒の被毒が生じないことから、耐久性の向上を図ることができ、実質的なゼロエミッションを実現することができる。 Among such hydrazines, preferably, hydrazines containing no carbon, that is, hydrazine, hydrated hydrazine, hydrazine sulfate, and the like. Hydrazine, hydrated hydrazine, hydrazine sulfate, etc. do not generate CO and CO 2 and do not cause poisoning of the catalyst. Therefore, durability can be improved and substantially zero emission can be realized. it can.

このような燃料成分は、単独または2種類以上組み合わせて用いることができる。   Such fuel components can be used alone or in combination of two or more.

燃料は、上記例示の燃料化合物をそのまま用いてもよいが、上記例示の燃料化合物を、例えば、水および/またはアルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコールなど)などの溶液として用いることができる。   As the fuel, the fuel compound exemplified above may be used as it is, but the fuel compound exemplified above is used as a solution such as water and / or alcohol (for example, lower alcohol such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol). Can be used.

そして、例えば、電解質膜4がアニオン交換型の固体高分子膜であり、燃料化合物がヒドラジンである場合には、下記式(1)〜(3)の電気化学反応が生じ、起電力が発生する。
(1) N+4OH→N+4HO+4e (アノード電極2での反応)
(2) O+2HO+4e→4OH (カソード電極3での反応)
(3) N+O→N+2HO (燃料電池1全体での反応)
すなわち、アノード電極2では、ヒドラジン(N)とカソード電極3での反応で生成した水酸化物イオン(OH)とが反応して、窒素(N)および水(HO)が生成するとともに、電子(e)が発生する(上記式(1)参照)。
For example, when the electrolyte membrane 4 is an anion exchange type solid polymer membrane and the fuel compound is hydrazine, an electrochemical reaction of the following formulas (1) to (3) occurs and an electromotive force is generated. .
(1) N 2 H 4 + 4OH → N 2 + 4H 2 O + 4e (reaction at anode electrode 2)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH (reaction at cathode electrode 3)
(3) N 2 H 4 + O 2 → N 2 + 2H 2 O (reaction in the entire fuel cell 1)
That is, in the anode electrode 2, hydrazine (N 2 H 4 ) reacts with hydroxide ions (OH ) generated by the reaction at the cathode electrode 3 to react with nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). Are generated and electrons (e ) are generated (see the above formula (1)).

一方、カソード電極3では、電子(e)と、外部からの供給もしくは燃料電池1での反応で生成した水(HO)と、酸素(O)とが反応して、水酸化物イオン(OH)が生成する(上記式(2)参照)。生成した水酸化物イオン(OH)は、電解質膜4を通過してアノード電極2に供給される。 On the other hand, at the cathode electrode 3, electrons (e ), water (H 2 O) generated by reaction from the outside or the fuel cell 1, and oxygen (O 2 ) react to generate hydroxide. Ion (OH ) is generated (see the above formula (2)). The generated hydroxide ions (OH ) pass through the electrolyte membrane 4 and are supplied to the anode electrode 2.

このような電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池1全体として上記式(3)で表わされる反応が生じて、起電力が発生する。   When such an electrochemical reaction occurs continuously, the reaction represented by the above formula (3) occurs in the fuel cell 1 as a whole, and an electromotive force is generated.

2.酸素還元触媒
以下、上記したカソード電極3に用いられる酸素還元触媒について説明する。
2. Oxygen reduction catalyst Hereinafter, the oxygen reduction catalyst used for the cathode electrode 3 will be described.

酸素還元触媒は、酸素還元活性を有する第1成分と、過酸化物分解活性を有する第2成分とを含有している。   The oxygen reduction catalyst contains a first component having oxygen reduction activity and a second component having peroxide decomposition activity.

第1成分は、例えば、遷移金属に有機化合物が配位した遷移金属錯体の焼成体や、導電性高分子とカーボンとからなるカーボンコンポジットに遷移金属が担持された複合体が挙げられる。   Examples of the first component include a fired body of a transition metal complex in which an organic compound is coordinated to a transition metal, and a composite in which a transition metal is supported on a carbon composite composed of a conductive polymer and carbon.

遷移金属としては、例えば、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、ランタン(La)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)などが挙げられる。   Examples of the transition metal include scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu ), Yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), technetium (Tc), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), silver (Ag), lanthanum (La) ), Hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), and the like.

遷移金属に配位する有機化合物としては、例えば、ピロール、ポルフィリン、テトラメトキシフェニルポルフィリン、ジベンゾテトラアザアヌレン、フタロシアニン、コリン、クロリン、フェナントロリン、サルコミン、ナイカルバジン、またはこれらの重合体が挙げられる。   Examples of the organic compound coordinated to the transition metal include pyrrole, porphyrin, tetramethoxyphenylporphyrin, dibenzotetraazaannulene, phthalocyanine, choline, chlorin, phenanthroline, salcomine, nicarbazine, and polymers thereof.

導電性高分子としては、上記の有機化合物と重複する化合物もあるが、例えば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリビニルカルバゾール、ポリトリフェニルアミン、ポリピリジン、ポリピリミジン、ポリキノキサリン、ポリフェニルキノキサリン、ポリイソチアナフテン、ポリピリジンジイル、ポリチエニレン、ポリパラフェニレン、ポリフルラン、ポリアセン、ポリフラン、ポリアズレン、ポリインドール、ポリジアミノアントラキノンなどが挙げられる。   As the conductive polymer, there is a compound overlapping with the above organic compound, for example, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyvinylcarbazole, polytriphenylamine, polypyridine, polypyrimidine, polyquinoxaline, polyphenylquinoxaline, polyphenyl Examples include isothianaphthene, polypyridinediyl, polythienylene, polyparaphenylene, polyflurane, polyacene, polyfuran, polyazulene, polyindole, and polydiaminoanthraquinone.

第1成分としては、好ましくは、鉄に有機化合物が配位した鉄錯体の焼成体が挙げられる。第1成分は、単独使用または2種以上併用することができる。   The first component is preferably a fired body of an iron complex in which an organic compound is coordinated to iron. The first component can be used alone or in combination of two or more.

第1成分は、酸素還元触媒中に、例えば、25質量%以上、好ましくは、40質量%以上、より好ましくは、50質量%以上、さらに好ましくは、60質量%以上、例えば、99質量%以下、好ましくは、90質量%以下、より好ましくは、80質量%以下、さらに好ましくは、70質量%以下、含まれる。   In the oxygen reduction catalyst, the first component is, for example, 25% by mass or more, preferably 40% by mass or more, more preferably 50% by mass or more, and further preferably 60% by mass or more, for example, 99% by mass or less. Preferably, it is 90 mass% or less, More preferably, it is 80 mass% or less, More preferably, it is 70 mass% or less.

第1成分を調製するには、例えば、第1成分が遷移金属錯体の焼成体である場合、遷移金属の塩(例えば、硫酸塩、硝酸塩、塩化物、りん酸塩などの無機塩、例えば、酢酸塩、しゅう酸塩などの有機酸塩など)と、有機化合物とを、例えば、水、アルコール、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、ニトリル類などの公知の溶媒中で混合することにより、遷移金属錯体を製造することができる。   To prepare the first component, for example, when the first component is a fired product of a transition metal complex, a salt of a transition metal (for example, an inorganic salt such as sulfate, nitrate, chloride, phosphate, An organic acid salt such as acetate and oxalate) and an organic compound in a known solvent such as water, alcohol, aliphatic hydrocarbon, aromatic hydrocarbon, halogenated hydrocarbon, and nitrile. By mixing, a transition metal complex can be produced.

このように調製された遷移金属錯体の溶液または分散液を、必要により乾燥し、次いで、焼成する。   The solution or dispersion of the transition metal complex thus prepared is dried if necessary and then calcined.

焼成では、例えば、不活性ガス(例えば、窒素ガス、アルゴンガスなど)や、還元ガス(例えば、窒素ガスおよび水素ガスの混合ガス)雰囲気下において加熱する。   In the firing, for example, heating is performed in an atmosphere of an inert gas (for example, nitrogen gas, argon gas, or the like) or a reducing gas (for example, a mixed gas of nitrogen gas and hydrogen gas).

また、焼成温度は、例えば、850℃以上、好ましくは、900℃以上であり、また、例えば、1500℃以下である。焼成時間は、例えば、1時間以上であり、また、例えば、10時間以下、好ましくは、5時間以下である。   Moreover, a calcination temperature is 850 degreeC or more, for example, Preferably, it is 900 degreeC or more, for example, is 1500 degrees C or less. The firing time is, for example, 1 hour or longer, and for example, 10 hours or shorter, preferably 5 hours or shorter.

なお、遷移金属錯体は、一段階または多段階で焼成することができる。   The transition metal complex can be fired in one step or in multiple steps.

乾燥する場合、乾燥温度は、例えば、−25℃以上、好ましくは、15℃以上であり、また、例えば、80℃以下、好ましくは、50℃以下である。乾燥時間は、例えば、12〜48時間である。   When drying, the drying temperature is, for example, −25 ° C. or more, preferably 15 ° C. or more, and for example, 80 ° C. or less, preferably 50 ° C. or less. The drying time is, for example, 12 to 48 hours.

これにより、第1成分として、遷移金属錯体の焼成体を得ることができる。   Thereby, the sintered body of the transition metal complex can be obtained as the first component.

第2成分は、マンガン、マンガンを含有する合金、セリウム、セリウムを含有する合金、および、それらの酸化物の少なくともいずれか1つから選択される。   The second component is selected from at least one of manganese, an alloy containing manganese, cerium, an alloy containing cerium, and an oxide thereof.

詳しくは、第2成分としては、例えば、マンガン、例えば、二酸化マンガン(MnO)、酸化マンガン(MnO、Mn、Mn)などのマンガンの酸化物、例えば、AlMn、CrMn、FeMn、CoMn、NiMn、CuMnなどのマンガンを含有する合金、例えば、FeMnO、FeMn、LaMnO、LaMn、SrMnO、SrMnなどのマンガンを含有する合金の酸化物、例えば、セリウム、例えば、二酸化セリウム(CeO)、酸化セリウム(Ce)などのセリウムの酸化物、例えば、CeAl、CeCu、CePd、CeSeなどのセリウムを含有する合金、例えば、CeCoO、CeFeO、CeZnO、CeYOなどのセリウムを含有する合金の酸化物が挙げられる。 Specifically, as the second component, for example, manganese, for example, manganese dioxide (MnO 2 ), manganese oxide such as manganese oxide (MnO, Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 ), for example, AlMn, CrMn, Alloys containing manganese such as FeMn, CoMn, NiMn, and CuMn, for example, manganese such as Fe 2 MnO 4 , FeMn 2 O 4 , La 2 MnO 4 , LaMn 2 O 4 , Sr 2 MnO 4 , and SrMn 2 O 4 are used. oxides of alloys containing, for example, cerium, e.g., cerium dioxide (CeO 2), oxides of cerium, such as cerium oxide (Ce 2 O 3), for example, CeAl 2, CeCu 2, CePd 3, cerium such CeSe Containing alloys such as CeCoO 3 , CeFeO 3 , CeZnO 3 , CeYO And oxides of alloys containing cerium such as 3 .

第2成分としては、好ましくは、マンガン、マンガンの酸化物、セリウム、セリウムの酸化物、より好ましくは、マンガンの酸化物、セリウムの酸化物、さらに好ましくは、マンガンの酸化物が挙げられる。   The second component is preferably manganese, manganese oxide, cerium, cerium oxide, more preferably manganese oxide, cerium oxide, and still more preferably manganese oxide.

第2成分は、酸素還元触媒中に、例えば、1質量%以上、好ましくは、10質量%以上、より好ましくは、20質量%以上、さらに好ましくは、30質量%以上、例えば、75質量%以下、好ましくは、60質量%以下、より好ましくは、50質量%以下、さらに好ましくは、40質量%以下、含まれる。   In the oxygen reduction catalyst, the second component is, for example, 1% by mass or more, preferably 10% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and further preferably 30% by mass or more, for example, 75% by mass or less. Preferably, it is 60 mass% or less, More preferably, it is 50 mass% or less, More preferably, it is 40 mass% or less.

第2成分の含有割合を上記範囲とすることにより、酸素の還元反応における副反応によって生じる過酸化物を分解できるとともに、酸素還元活性も向上させることができる。   By setting the content ratio of the second component in the above range, it is possible to decompose the peroxide generated by the side reaction in the oxygen reduction reaction and improve the oxygen reduction activity.

また、第2成分は、第1成分100質量部に対して、例えば、1質量部以上、好ましくは、11質量部以上、より好ましくは、30質量部以上、例えば、200質量部以下、好ましくは、100質量部以下、より好ましくは、80質量部以下、さらに好ましくは、43質量部以下の割合で配合される。   The second component is, for example, 1 part by mass or more, preferably 11 parts by mass or more, more preferably 30 parts by mass or more, for example, 200 parts by mass or less, preferably 100 parts by mass with respect to the first component. 100 parts by mass or less, more preferably 80 parts by mass or less, and still more preferably 43 parts by mass or less.

酸化還元触媒は、例えば、第1成分と第2成分とを上記した配合割合で配合し、混合することにより得られる。   The oxidation-reduction catalyst is obtained, for example, by blending and mixing the first component and the second component at the blending ratio described above.

そして、酸素還元触媒を用いてカソード電極3を作製するには、例えば、まず、酸素還元触媒とアイオノマーを有機溶媒中に分散させて分散液を調製する。次いで、その分散液を、電解質層4の他方の面(アノード電極2が形成される面とは反対側の面)に塗布し、乾燥して、カソード電極3を得る。   In order to produce the cathode electrode 3 using an oxygen reduction catalyst, for example, first, an oxygen reduction catalyst and an ionomer are dispersed in an organic solvent to prepare a dispersion. Next, the dispersion is applied to the other surface of the electrolyte layer 4 (the surface opposite to the surface on which the anode electrode 2 is formed) and dried to obtain the cathode electrode 3.

アイオノマーとしては、例えば、アニオン交換基を有するアニオン交換樹脂などが挙げられる。アニオン交換樹脂は、市販されており、具体的には、ナフィオン(登録商標)などが挙げられる。   Examples of the ionomer include an anion exchange resin having an anion exchange group. Anion exchange resins are commercially available, and specific examples include Nafion (registered trademark).

有機溶媒としては、例えば、溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノールなどの低級アルコール類、例えば、テトラヒドロフランなどのエーテル類、水など、公知の溶媒が挙げられる。これら溶媒は、単独使用または2種類以上併用することができる。   Examples of the organic solvent include known solvents such as lower alcohols such as methanol, ethanol, 1-propanol, and 2-propanol, ethers such as tetrahydrofuran, and water. These solvents can be used alone or in combination of two or more.

酸素還元触媒は、カソード電極3中に、例えば、50質量%以上、好ましくは、70質量%以上、例えば、90質量%以下、好ましくは、80質量%以下、含まれる。   The oxygen reduction catalyst is contained in the cathode electrode 3 by, for example, 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, for example, 90% by mass or less, preferably 80% by mass or less.

カソード電極3の坪量(電解質層4に対するカソード電極3の付着量)は、例えば、0.01mg/cm以上、例えば、10mg/cm以下である。 The basis weight of the cathode electrode 3 (the amount of the cathode electrode 3 attached to the electrolyte layer 4) is, for example, 0.01 mg / cm 2 or more, for example, 10 mg / cm 2 or less.

なお、酸化還元触媒は、予め第1成分と第2成分とを混合せずに、カソード電極3を作製するときに、第1成分と第2成分とを、アイオノマーおよび有機溶媒に配合して、分散液を調製することもできる。   The oxidation-reduction catalyst is prepared by mixing the first component and the second component in the ionomer and the organic solvent when the cathode electrode 3 is produced without previously mixing the first component and the second component. A dispersion can also be prepared.

そして、上記した燃料電池1での発電では、電解質膜4がアニオン交換膜からなるので、カソード電極3での電気化学反応(上記式(2)の反応)は、アルカリ環境下で進む。この場合、副反応物として、HO (過酸化物)が生じる場合がある。 In the power generation in the fuel cell 1 described above, since the electrolyte membrane 4 is made of an anion exchange membrane, the electrochemical reaction (reaction of the above formula (2)) at the cathode electrode 3 proceeds in an alkaline environment. In this case, HO 2 (peroxide) may be generated as a side reaction product.

しかし、この酸素還元触媒によれば、酸素還元活性を有する第1成分に加えて、第2成分として、マンガン、マンガンを含有する合金、セリウム、セリウムを含有する合金、および、それらの酸化物の少なくともいずれか1つを含有している。   However, according to this oxygen reduction catalyst, in addition to the first component having oxygen reduction activity, as the second component, manganese, an alloy containing manganese, cerium, an alloy containing cerium, and oxides thereof At least one of them is contained.

そのため、酸素の還元反応における副反応によって生じる過酸化物(HO )を分解することができる。 Therefore, peroxide (HO 2 ) generated by a side reaction in the oxygen reduction reaction can be decomposed.

なお、この過酸化物(HO )の酸化反応(分解反応)は、下記式(4)で表わされる。
(4)HO +HO+2e→3OH+0.87V(vs.SHE)
その結果、燃料電池1、特に、燃料電池1の膜電極接合体が過酸化物(HO )によって劣化することを抑制できる。
The oxidation reaction (decomposition reaction) of this peroxide (HO 2 ) is represented by the following formula (4).
(4) HO 2 + H 2 O + 2e → 3OH +0.87 V (vs. SHE)
As a result, it is possible to suppress the deterioration of the fuel cell 1, particularly the membrane electrode assembly of the fuel cell 1, due to the peroxide (HO 2 ).

これにより、本発明の酸素還元触媒を燃料電池1に用いた場合、燃料電池1の耐久性の向上を図ることができる。   Thereby, when the oxygen reduction catalyst of this invention is used for the fuel cell 1, the improvement of durability of the fuel cell 1 can be aimed at.

また、本発明の酸素還元触媒は、酸素の還元活性が向上している。そのため、本発明の酸素還元触媒を燃料電池1に用いた場合、燃料電池1の出力の向上を図ることができる。   Moreover, the oxygen reduction catalyst of the present invention has improved oxygen reduction activity. Therefore, when the oxygen reduction catalyst of the present invention is used for the fuel cell 1, the output of the fuel cell 1 can be improved.

3.酸素還元触媒の製造方法の変形例
(1)上記した遷移金属錯体を焼成するときに、遷移金属錯体の焼成体が凝集および粒成長し、その有効表面積が減少して、その結果、触媒活性が低下する場合がある。
3. Modified Example of Production Method of Oxygen Reduction Catalyst (1) When the above transition metal complex is calcined, the calcined body of the transition metal complex aggregates and grows, and its effective surface area is reduced. May decrease.

そこで、有効表面積を十分に確保するため、好ましくは、遷移金属錯体が凝集および粒成長した粒状物に細孔を形成し、多孔質の焼成体を形成することもできる。   Therefore, in order to ensure a sufficient effective surface area, it is preferable to form pores in the granular material in which the transition metal complex is aggregated and grown to form a porous fired body.

多孔質の焼成体を形成する方法としては、特に制限されず、公知の方法が挙げられる。
例えば、まず、遷移金属錯体と可溶性粒子との粒子混合物を焼成して、遷移金属錯体と可溶性粒子とをランダムに含有する複合物を作製し、その後、複合物中の可溶性粒子を除去する方法が挙げられる。
It does not restrict | limit especially as a method of forming a porous baked body, A well-known method is mentioned.
For example, first, a method of firing a particle mixture of a transition metal complex and soluble particles to produce a composite containing the transition metal complex and soluble particles at random, and then removing the soluble particles in the composite. Can be mentioned.

可溶性粒子としては、特に制限されないが、例えば、錯体混合物と可溶性粒子との混合時に、錯体混合物に均一に分散でき、また、上記の焼成によって融解することなく複合物に均一に分布し、また、焼成の後に、酸またはアルカリ処理などにより溶解および除去される粒子などが挙げられる。   Although it does not restrict | limit especially as a soluble particle, For example, at the time of mixing a complex mixture and a soluble particle, it can disperse | distribute uniformly to a complex mixture, and it distributes uniformly to a composite, without melt | dissolving by said baking, Examples of the particles that are dissolved and removed by firing with an acid or alkali after firing are exemplified.

このような可溶性粒子としては、例えば、フュームドシリカ、コロイダルシリカなどのアモルファスシリカ、ポリスチレン、ポリイミドなどのポリマー粒子、および、それらの焼成体などが挙げられる。   Examples of such soluble particles include amorphous silica such as fumed silica and colloidal silica, polymer particles such as polystyrene and polyimide, and fired bodies thereof.

これら可溶性粒子は、単独使用または2種類以上併用することができ、好ましくは、アモルファスシリカ、より好ましくは、フュームドシリカが挙げられる。   These soluble particles can be used alone or in combination of two or more, preferably amorphous silica, more preferably fumed silica.

この方法では、例えば、まず、上記焼成前に、遷移金属錯体と可溶性粒子とを混合する。   In this method, for example, first, the transition metal complex and the soluble particles are mixed before the firing.

遷移金属錯体と可溶性粒子とを混合するには、例えば、まず、遷移金属錯体を、溶媒に、溶解または分散させる。   In order to mix the transition metal complex and the soluble particles, for example, first, the transition metal complex is dissolved or dispersed in a solvent.

溶媒としては、特に制限されないが、例えば、水、例えば、プロトン性極性溶媒(例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、グリコールなどのアルコールなど)、非プロトン性極性溶媒(例えば、アセトン、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAC)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N−メチルピロリドン(NMP)、アセトニトリル、ピペリジンなど)、アミン類(例えば、アンモニア、例えば、トリエチルアミン、ピリジンなど)、エーテル類(例えば、ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)など)、芳香族炭化水素類(例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなど)などが挙げられる。   Although it does not restrict | limit especially as a solvent, For example, water, for example, protic polar solvent (For example, alcohol, such as methanol, ethanol, isopropanol, glycol, etc.), aprotic polar solvent (for example, acetone, N, N-dimethyl). Formamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMAC), dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methylpyrrolidone (NMP), acetonitrile, piperidine, etc.), amines (eg, ammonia, eg, triethylamine, pyridine, etc.), Ethers (for example, dioxane, tetrahydrofuran (THF), etc.), aromatic hydrocarbons (for example, benzene, toluene, xylene, etc.) and the like can be mentioned.

これら溶媒としては、単独使用または2種類以上併用することができ、好ましくは、テトラヒドロフラン、アセトンなどが挙げられる。   These solvents can be used alone or in combination of two or more, and preferably include tetrahydrofuran, acetone and the like.

遷移金属錯体と溶媒との配合割合は、遷移金属錯体100質量部に対して、溶媒が、例えば、1質量部以上、好ましくは、10質量部以上であり、また、例えば、100000質量部以下、好ましくは、50000質量部以下である。   The mixing ratio of the transition metal complex and the solvent is such that the solvent is, for example, 1 part by mass or more, preferably 10 parts by mass or more, for example, 100000 parts by mass or less, with respect to 100 parts by mass of the transition metal complex. Preferably, it is 50000 parts by mass or less.

次いで、得られた遷移金属錯体の溶液または分散液と、可溶性粒子とを、湿式混合などの公知の方法により混合する。   Next, the obtained transition metal complex solution or dispersion and the soluble particles are mixed by a known method such as wet mixing.

遷移金属錯体の溶液または分散液と、可溶性粒子との配合割合は、例えば、遷移金属錯体の溶液または分散液における遷移金属錯体(固形分)の総量100質量部に対して、可溶性粒子が、例えば、10質量部以上、好ましくは、50質量部以上であり、また、例えば、500質量部以下、好ましくは、200質量部以下である。   The blending ratio of the transition metal complex solution or dispersion and the soluble particles is, for example, that the soluble particles contain, for example, 100 parts by mass of the transition metal complex (solid content) in the transition metal complex solution or dispersion, for example, It is 10 parts by mass or more, preferably 50 parts by mass or more, and for example, 500 parts by mass or less, preferably 200 parts by mass or less.

これにより、遷移金属錯体および可溶性粒子の溶液または分散液を得る。   Thereby, a solution or dispersion of the transition metal complex and soluble particles is obtained.

次いで、この方法では、得られた遷移金属錯体および可溶性粒子の溶液または分散液を乾燥させる。   Then, in this method, the obtained transition metal complex and soluble particle solution or dispersion are dried.

乾燥条件としては、乾燥温度が、例えば、−25℃以上、好ましくは、15℃以上であり、また、例えば、80℃以下、好ましくは、50℃以下である。乾燥時間は、例えば、12〜48時間である。   As drying conditions, the drying temperature is, for example, −25 ° C. or higher, preferably 15 ° C. or higher, and for example, 80 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower. The drying time is, for example, 12 to 48 hours.

次いで、上記の焼成条件において、遷移金属錯体および可溶性粒子の混合物を焼成し、遷移金属錯体と可溶性粒子とをランダムに含有する複合物を得る。   Next, under the above firing conditions, the mixture of the transition metal complex and the soluble particles is fired to obtain a composite containing the transition metal complex and the soluble particles at random.

その後、この方法では、複合物中の可溶性粒子を、除去する。   The method then removes the soluble particles in the composite.

例えば、可溶性粒子としてアモルファスシリカが用いられる場合には、焼成により、アモルファスシリカが結晶化し、シリカ(焼成体)となる場合がある。このような場合において、そのシリカを除去するためには、例えば、複合物を、アルカリ処理する。   For example, when amorphous silica is used as the soluble particles, the amorphous silica may be crystallized by firing to form silica (fired body). In such a case, in order to remove the silica, for example, the composite is treated with an alkali.

アルカリ処理としては、複合物に、例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ溶液を含浸させる。これにより、複合物中の可溶性粒子が溶解されて、細孔が形成され、その結果、多孔質の焼成体が得られる。   As the alkali treatment, the composite is impregnated with an alkaline solution such as potassium hydroxide or sodium hydroxide. Thereby, the soluble particles in the composite are dissolved to form pores, and as a result, a porous fired body is obtained.

このような多孔質の焼成体によれば、焼成により遷移金属錯体が凝集および粒成長する場合にも、細孔により、遷移金属錯体の有効表面積が十分に確保されるため、優れた触媒活性を維持することができる。   According to such a porous fired body, even when the transition metal complex aggregates and grows by firing, the effective surface area of the transition metal complex is sufficiently secured by the pores. Can be maintained.

なお、可溶性粒子を除去する方法としては、上記に限定されず、可溶性粒子の種類に応じて、例えば、水に浸漬する方法、酸処理する方法など、適宜選択することができる。
(2)上記した第1成分または第2成分は、カーボン粒子などの担持体に担持させることもできる。
The method for removing the soluble particles is not limited to the above, and can be appropriately selected according to the type of the soluble particles, such as a method of immersing in water or an acid treatment method.
(2) The first component or the second component described above can be carried on a carrier such as carbon particles.

第1成分または第2成分を担持体に担持させるには、例えば、上記した第1成分または第2成分の溶液または分散液に担持体を混合した後、焼成する。担持体の混合割合は、第1成分または第2成分100質量部に対して、例えば、10質量部以上、好ましくは、50質量部以上であり、また、例えば、500質量部以下、好ましくは、200質量部以下である。   In order to support the first component or the second component on the support, for example, the support is mixed with the solution or dispersion of the first component or the second component described above, and then fired. The mixing ratio of the carrier is, for example, 10 parts by mass or more, preferably 50 parts by mass or more, and for example, 500 parts by mass or less, preferably 100 parts by mass of the first component or the second component. It is 200 parts by mass or less.

次に、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。以下に示す実施例の数値は、上記の実施形態において記載される数値(すなわち、上限値または下限値)に代替することができる。   Next, although this invention is demonstrated based on an Example and a comparative example, this invention is not limited by the following Example. The numerical values in the following examples can be substituted for the numerical values (that is, the upper limit value or the lower limit value) described in the above embodiment.

1)測定電極の作製
実施例
第1成分としてのナイカルバジンFe錯体(NPC−2000、Pajarito社製)と、第2成分としてのマンガン酸化物担持カーボン(マンガン酸化物をカーボン粒子からなる担持体に担持させたもの)と、アイオノマーとを有機溶媒中に分散して調製したインク(分散液)を、グラッシーカーボン上に滴下し、測定電極(担持量0.51μg/mm)とした。
1) Preparation of measurement electrode Example Nicarbazin Fe complex (NPC-2000, manufactured by Pajarito) as the first component and manganese oxide-supported carbon as the second component (supporting manganese oxide on a support made of carbon particles) Ink (dispersed liquid) prepared by dispersing an ionomer and an ionomer in an organic solvent was dropped onto glassy carbon to form a measurement electrode (supported amount 0.51 μg / mm 2 ).

なお、インクは、ナイカルバジンFe錯体8mg、マンガン酸化物担持カーボン2mg、超純水0.8mLおよび2−プロパノール(有機溶媒)0.2mLを混合して1次インクを調製し、得られた1次インク0.1mL、超純水0.75mL、2−プロパノール(有機溶媒)0.1mLおよび5w%ナフィオン(登録商標)溶液(アイオノマー、商品名:Nafion 5wt.% dispersion 70160(製品番号)、Aldrich社製)の10倍希釈液0.05mLを混合して調製した。   The ink was prepared by mixing 8 mg of nicarbazine Fe complex, 2 mg of manganese oxide-supporting carbon, 0.8 mL of ultrapure water, and 0.2 mL of 2-propanol (organic solvent) to obtain a primary ink. Ink 0.1 mL, ultrapure water 0.75 mL, 2-propanol (organic solvent) 0.1 mL, and 5 w% Nafion (registered trademark) solution (Ionomer, trade name: Nafion 5 wt.% Dispersion 70160 (product number), Aldrich Prepared) and mixed with 0.05 mL of a 10-fold diluted solution.

実施例2
ナイカルバジンFe錯体の含有割合を7mg、マンガン酸化物担持カーボンの含有割合を3mgとした以外は、上記した実施例と同様にして、測定電極を作製した。
Example 2
A measurement electrode was prepared in the same manner as in the above example except that the content ratio of the nicarbazine Fe complex was 7 mg and the content ratio of the manganese oxide-supporting carbon was 3 mg.

実施例3
ナイカルバジンFe錯体の含有割合を6mg、マンガン酸化物担持カーボンの含有割合を4mgとした以外は、上記した実施例と同様にして、測定電極を作製した。
Example 3
A measurement electrode was produced in the same manner as in the above-described example except that the content ratio of the nicarbazine Fe complex was 6 mg and the content ratio of the manganese oxide-supported carbon was 4 mg.

実施例4
ナイカルバジンFe錯体の含有割合を4mg、マンガン酸化物担持カーボンの含有割合を6mgとした以外は、上記した実施例と同様にして、測定電極を作製した。
Example 4
A measurement electrode was produced in the same manner as in the above example except that the content ratio of the nicarbazine Fe complex was 4 mg and the content ratio of the manganese oxide-supporting carbon was 6 mg.

実施例5
マンガン酸化物担持カーボン2mgの代わりに、第2成分としてのセリウム酸化物担持カーボン(セリウム酸化物をカーボン粒子からなる担持体に担持させたもの)2mgを配合した以外は、実施例1と同様にして、測定電極を作製した。
Example 5
The same procedure as in Example 1 was performed except that 2 mg of cerium oxide-supported carbon (the one in which cerium oxide was supported on a support made of carbon particles) was added instead of 2 mg of manganese oxide-supported carbon Thus, a measurement electrode was produced.

比較例1
マンガン酸化物担持カーボン2mgの代わりに、ケッチェンブラック2mgを配合した以外は、実施例1と同様にして、測定電極を作製した。
Comparative Example 1
A measurement electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that 2 mg of ketjen black was blended instead of 2 mg of manganese oxide-supporting carbon.

比較例2
ナイカルバジンFe錯体8mgおよびマンガン酸化物担持カーボン2mgの代わりに、ナイカルバジンFe錯体10mgを配合した以外は、実施例1と同様にして、測定電極を作製した。
Comparative Example 2
A measurement electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that 8 mg of nicarbazine Fe complex and 2 mg of manganese oxide-supporting carbon were mixed with 10 mg of nicarbazine Fe complex.

比較例3
ナイカルバジンFe錯体8mgおよびマンガン酸化物担持カーボン2mgの代わりに、マンガン酸化物担持カーボン10mgを配合した以外は、実施例1と同様にして、測定電極を作製した。
Comparative Example 3
A measurement electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that 8 mg of nicarbazine Fe complex and 2 mg of manganese oxide-supported carbon were added instead of 10 mg of manganese oxide-supported carbon.

比較例4
ナイカルバジンFe錯体8mgおよびマンガン酸化物担持カーボン2mgの代わりに、セリウム酸化物担持カーボン10mgを配合した以外は、実施例1と同様にして、測定電極を作製した。
Comparative Example 4
A measurement electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that 10 mg of cerium oxide-supporting carbon was added instead of 8 mg of nicarbazine Fe complex and 2 mg of manganese oxide-supporting carbon.

2)過酸化物分解性能の評価1
回転リングディスク電極(Rotating Ring−Disk Electrode:RRDE)を用いて、過酸化物の発生率と、酸素還元の活性とを測定した。
2) Evaluation of peroxide decomposition performance 1
The generation rate of peroxide and the activity of oxygen reduction were measured using a rotating ring disk electrode (Rotating Ring-Disk Electrode: RRDE).

実施例1、5および比較例1で得られた測定電極を用いて、酸素で飽和した1mol/L水酸化カリウム水溶液を入れた3電極型セルを作製した。   Using the measurement electrodes obtained in Examples 1 and 5 and Comparative Example 1, a three-electrode cell containing a 1 mol / L potassium hydroxide aqueous solution saturated with oxygen was produced.

3電極型セルにおいて、参照電極には、水銀−水銀酸化物電極(Hg/HgO)、カウンター電極には、白金線を用いた。   In the three-electrode type cell, a mercury-mercury oxide electrode (Hg / HgO) was used as the reference electrode, and a platinum wire was used as the counter electrode.

測定温度は、30℃で、回転数は、1600rpmとした。走査速度は、0.01V/sとし、高電位から低電位に向けて走査した。   The measurement temperature was 30 ° C., and the rotation speed was 1600 rpm. The scanning speed was 0.01 V / s, and scanning was performed from a high potential toward a low potential.

0.6V(vs.Hg/HgO)に設定したリングの電流値から、過酸化物生成率を換算した。また、最大電流値の半分の電流値における電位(半波電位)を測定した。結果を図2に示す。   The peroxide generation rate was converted from the current value of the ring set to 0.6 V (vs. Hg / HgO). In addition, the potential (half-wave potential) at a current value half that of the maximum current value was measured. The results are shown in FIG.

3)過酸化物分解性能の評価2
回転リングディスク電極を用いて、過酸化物の発生率と、酸素還元の活性とを測定した。
3) Evaluation of peroxide decomposition performance 2
Using a rotating ring disk electrode, the peroxide generation rate and oxygen reduction activity were measured.

実施例1〜5および比較例2〜4で得られた測定電極を用いて、酸素で飽和した1mol/L水酸化カリウム水溶液を入れた3電極型セルを作製した。   Using the measurement electrodes obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 2 to 4, a three-electrode cell containing a 1 mol / L potassium hydroxide aqueous solution saturated with oxygen was produced.

3電極型セルにおいて、参照電極には、可逆水素電極(RHE)、カウンター電極には、白金線を用いた。   In the three-electrode cell, a reversible hydrogen electrode (RHE) was used as the reference electrode, and a platinum wire was used as the counter electrode.

測定温度は、30℃で、回転数は、1600rpmとした。走査速度は、0.01V/sとし、高電位から低電位に向けて走査した。   The measurement temperature was 30 ° C., and the rotation speed was 1600 rpm. The scanning speed was 0.01 V / s, and scanning was performed from a high potential toward a low potential.

0.6V(vs.RHE)に設定したリングの電流値から、過酸化物生成率を換算した。また、最大電流値の半分の電流値における電位(半波電位)を測定した。結果を図3に示す。   The peroxide generation rate was converted from the current value of the ring set to 0.6 V (vs. RHE). In addition, the potential (half-wave potential) at a current value half that of the maximum current value was measured. The results are shown in FIG.

(考察)
図2および図3から明らかなように、実施例1〜5は、比較例1〜4と比べて、過酸化物の生成率が低いため、酸素の還元反応における副反応によって生じる過酸化物を分解していることが分かる。よって、実施例1〜5は、膜電極接合体の過酸化物による劣化を抑制でき、燃料電池の耐久性の向上を図ることができる。
(Discussion)
As apparent from FIG. 2 and FIG. 3, Examples 1 to 5 have a lower peroxide generation rate than Comparative Examples 1 to 4, and thus the peroxide generated by the side reaction in the oxygen reduction reaction is reduced. You can see that it is disassembled. Therefore, Examples 1-5 can suppress the deterioration by the peroxide of a membrane electrode assembly, and can aim at the improvement of durability of a fuel cell.

また、図3から明らかなように、実施例1〜5は、特に、酸素還元触媒としてナイカルバジンFe錯体のみを用いた比較例2と比べて、半波電位が高いため、酸化還元活性も向上していることが分かる。よって、実施例1〜5は、燃料電池の出力の向上を図ることができる。   In addition, as is clear from FIG. 3, Examples 1 to 5 have higher half-wave potential than Comparative Example 2 in which only the nicarbazin Fe complex is used as the oxygen reduction catalyst. I understand that Therefore, Examples 1 to 5 can improve the output of the fuel cell.

Claims (3)

アニオン交換型の固体高分子型燃料電池のカソード電極に用いられる酸素還元触媒であって、
酸素還元活性を有する第1成分と、
過酸化物分解活性を有する第2成分と
を含有し、
前記第2成分は、マンガン、マンガンを含有する合金、セリウム、セリウムを含有する合金、および、それらの酸化物の少なくともいずれか1つから選択されることを特徴とする、酸素還元触媒。
An oxygen reduction catalyst used for a cathode electrode of an anion exchange type polymer electrolyte fuel cell,
A first component having oxygen reduction activity;
A second component having peroxide decomposition activity;
The oxygen reduction catalyst, wherein the second component is selected from at least one of manganese, an alloy containing manganese, cerium, an alloy containing cerium, and an oxide thereof.
前記第1成分が、鉄に有機化合物が配位した鉄錯体の焼成体であることを特徴とする、請求項1に記載の酸素還元触媒。   The oxygen reduction catalyst according to claim 1, wherein the first component is a fired body of an iron complex in which an organic compound is coordinated to iron. 前記酸素還元触媒中の前記第2成分の含有割合が、20質量%以上60質量%以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の酸素還元触媒。   3. The oxygen reduction catalyst according to claim 1, wherein a content ratio of the second component in the oxygen reduction catalyst is 20% by mass or more and 60% by mass or less.
JP2014196261A 2014-07-31 2014-09-26 Oxygen reduction catalyst Pending JP2016035890A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014196261A JP2016035890A (en) 2014-07-31 2014-09-26 Oxygen reduction catalyst

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014156863 2014-07-31
JP2014156863 2014-07-31
JP2014196261A JP2016035890A (en) 2014-07-31 2014-09-26 Oxygen reduction catalyst

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016035890A true JP2016035890A (en) 2016-03-17

Family

ID=55523632

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014196261A Pending JP2016035890A (en) 2014-07-31 2014-09-26 Oxygen reduction catalyst

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016035890A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4993867B2 (en) Fuel cell
JP5235863B2 (en) Fuel cell
JP5813627B2 (en) Fuel cell
Kim et al. Characterization of methanol-tolerant Pd–WO3 and Pd–SnO2 electrocatalysts for the oxygen reduction reaction in direct methanol fuel cells
WO2020059504A1 (en) Anode catalyst layer for fuel cell and fuel cell using same
US20080090128A1 (en) Electrode Catalyst for Fuel Cell and Fuel Cell
JP5800467B2 (en) Oxygen reduction catalyst and fuel cell
JP6727263B2 (en) Anode catalyst layer for fuel cell and fuel cell using the same
JP2013116458A (en) Manufacturing method for catalyst carrier, manufacturing method for complex catalyst, complex catalyst and direct oxidation type fuel battery using the catalyst
JP6727264B2 (en) Anode catalyst layer for fuel cell and fuel cell using the same
JP5715429B2 (en) Oxygen reduction catalyst and fuel cell
JP6437233B2 (en) Membrane electrode assembly
JP2012110839A (en) Catalyst composition
WO2014156966A2 (en) Oxygen reduction catalyst, and fuel cell
JP2016035890A (en) Oxygen reduction catalyst
JP2016203133A (en) Oxygen reduction catalyst
JP2016146312A (en) Oxygen reduction catalyst
JP2015044153A (en) Method for manufacturing oxygen reduction catalyst
JP6411808B2 (en) Oxygen reduction catalyst
JP2002222655A (en) Cathode catalyst for fuel cell
JP7154918B2 (en) Fuel cell
JP6462294B2 (en) Oxygen reduction catalyst, method for producing the same, and fuel cell
JP6719351B2 (en) Fuel cell
JP6382590B2 (en) Oxygen reduction catalyst and fuel cell
JP2017164720A (en) Oxygen reduction catalyst and method for producing the same