JP2016062826A - Electrode catalyst and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode catalyst having chemical stability under conditions from an acidic condition to a basic condition and excellent in catalyst activity under the conditions.SOLUTION: An electrode catalyst includes a metal nitride containing molybdenum (Mo) or tungsten (W), and the metal nitride may be a ternary compound nitride containing transition metal. The electrode catalyst is manufactured using a method in which a catalyst material containing molybdenum or tungsten and/or transition metal is fired to obtain a precursor oxide, and a metal nitride is obtained by firing the precursor oxide in the presence of a nitrogen-containing material to be nitrided.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、電極触媒に係り、更に詳細には、酸性条件下から塩基性条件下において化学的安定性を有し、上記条件下における触媒活性が優れる電極触媒に関する。   The present invention relates to an electrode catalyst, and more particularly to an electrode catalyst having chemical stability from an acidic condition to a basic condition and having excellent catalytic activity under the above condition.

空気電池は、正極活物質として酸素を利用するものであり、電池内に正極活物質を有する必要がない。したがって、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等、他の電池に比して多くの負極活物質を含有させることが可能であり、エネルギー密度が高く小型化及び軽量化が可能である等の利点を有する。そのため、次世代の自動車用電源としての活用が期待される。
上記空気電池としては、例えば、リチウム空気電池、マグネシウム空気電池、亜鉛空気電池等の金属空気電池が知られている。
The air battery uses oxygen as a positive electrode active material, and does not need to have a positive electrode active material in the battery. Therefore, it is possible to contain more negative electrode active materials than other batteries such as lead-acid batteries, nickel-metal hydride batteries, lithium ion batteries, etc., and the energy density is high and the size and weight can be reduced. Have advantages. Therefore, it is expected to be used as a next-generation automobile power source.
As the air battery, for example, a metal air battery such as a lithium air battery, a magnesium air battery, or a zinc air battery is known.

空気電池は、正極、電解液、負極、セパレータ等からなり、上記正極は放電の際に外部から酸素を取り込んで反応させる機能を有するものであり、ガス拡散電極が用いられることが多い。そして、ガス拡散電極には、酸化還元反応を促進させる触媒を含有させることが一般的である。   An air battery is composed of a positive electrode, an electrolytic solution, a negative electrode, a separator, and the like. The positive electrode has a function of taking in oxygen from the outside and reacting during discharge, and a gas diffusion electrode is often used. In general, the gas diffusion electrode contains a catalyst that promotes the oxidation-reduction reaction.

また、上記電解質が水系電解液の場合には、下記の放電反応が進むと考えられている。
(放電時)
負極 : M → M + e
正極 : O +2HO + 4e → 4OH
Further, when the electrolyte is an aqueous electrolyte, it is considered that the following discharge reaction proceeds.
(During discharge)
Negative electrode: M → M + + e
Positive electrode: O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH

上記のように、放電が進行するにつれて正極から生成する水酸化物イオンの濃度が増大するので電解液のpHは大きくなる。また、電解液に酸性溶液を使用する可能性もあることから、上記触媒には、中性だけでなく広い範囲のpHにおいて、安定かつ触媒活性を有することが求められ、白金(Pt)または白金合金が用いられている。
しかし、白金は非常に高価であり、資源的にも稀少な金属であるため、非Pt系の触媒の開発が求められる。
As described above, since the concentration of hydroxide ions generated from the positive electrode increases as the discharge proceeds, the pH of the electrolytic solution increases. In addition, since there is a possibility of using an acidic solution as the electrolytic solution, the catalyst is required to have stable and catalytic activity in a wide range of pH as well as neutral, and platinum (Pt) or platinum An alloy is used.
However, since platinum is very expensive and is a rare metal in terms of resources, development of a non-Pt catalyst is required.

特許文献1には、酸素欠陥が導入された遷移金属酸化物を用いた酸素還元触媒は、酸性溶液、アルカリ溶液、中性溶液、有機系溶媒のいかなる性質をもつ電解液も使用することができる旨が開示されている。   In Patent Document 1, as an oxygen reduction catalyst using a transition metal oxide into which oxygen defects are introduced, an electrolytic solution having any properties of an acidic solution, an alkaline solution, a neutral solution, and an organic solvent can be used. The effect is disclosed.

特開2012−200643号公報JP 2012-200633 A

しかしながら、遷移金属酸化物を酸素還元触媒に用いたものは、酸素還元性能力が十分ではなく、さらなる改善の余地がある。   However, those using transition metal oxides as oxygen reduction catalysts have insufficient oxygen reducing ability, and there is room for further improvement.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、酸性条件下から塩基性条件下において化学的安定性を有し、上記条件下において優れた活性を有する電極触媒の提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art. The object of the present invention is to have chemical stability from acidic conditions to basic conditions, and to be excellent under the above conditions. It is to provide an electrocatalyst having high activity.

本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を行なった結果、金属成分として、モリブテン(Mo)又はタングステン(W)を必須の成分として含む金属窒化物は、酸性からアルカリ性の電解質下において化学的に安定であり、かつ優れた触媒活性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that metal nitrides containing molybdenum (Mo) or tungsten (W) as essential components as metal components are under acidic to alkaline electrolytes. The present invention was found to be chemically stable and have excellent catalytic activity.

即ち、本発明の電極触媒は、モリブテン(Mo)又はタングステン(W)を含む金属窒化物を有することを特徴とする。   That is, the electrode catalyst of the present invention is characterized by having a metal nitride containing molybdenum (Mo) or tungsten (W).

また、本発明の電極触媒の製造方法は、前駆体酸化物を経由する上記電極触媒の製造方法であって、モリブテン又はタングステンを含む触媒材料を焼成した前駆体酸化物を窒化することを特徴とする。   The method for producing an electrode catalyst according to the present invention is a method for producing the above electrode catalyst via a precursor oxide, characterized by nitriding a precursor oxide obtained by firing a catalyst material containing molybdenum or tungsten. To do.

本発明によれば、モリブテン(Mo)又はタングステン(W)を含む金属窒化物を用いることとしたため、酸性からアルカリ性の電解質下において化学的に安定であり、かつ優れた触媒活性を有する電極触媒を提供することができる。   According to the present invention, since a metal nitride containing molybdenum (Mo) or tungsten (W) is used, an electrode catalyst that is chemically stable under an acidic to alkaline electrolyte and has excellent catalytic activity is provided. Can be provided.

また、本発明によれば、触媒材料を前駆体酸化物とし、該前駆体酸化物を窒化することとしたため、酸性からアルカリ性の電解質下において化学的安定性を有するだけでなく、優れた触媒活性を有する電極触媒を製造できる。   In addition, according to the present invention, since the catalyst material is a precursor oxide and the precursor oxide is nitrided, it not only has chemical stability under acidic to alkaline electrolytes, but also has excellent catalytic activity. Can be produced.

実施例において作製したガス拡散電極の模式断面図である。It is a schematic cross section of the gas diffusion electrode produced in the Example. 実施例において作製したガス拡散電極の還元電流を測定するために用いた装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus used in order to measure the reduction current of the gas diffusion electrode produced in the Example. 実施例9において作製した窒化物の1M−HCl水溶液浸漬前後のXRDパターンを示す。The XRD pattern before and behind immersion of 1M-HCl aqueous solution of the nitride produced in Example 9 is shown.

本発明の電極触媒について詳細に説明する。
本発明の電極触媒は、金属窒化物を有するものであり、該金属窒化物は、少なくともモリブテン(Mo)又はタングステン(W)を含む。
上記金属窒化物は、モリブテン又はタングステンだけでなく、他の金属元素を含んでいてもよく、2元系又は3元系の金属窒化物であってもよい。
The electrode catalyst of the present invention will be described in detail.
The electrode catalyst of the present invention has a metal nitride, and the metal nitride contains at least molybdenum (Mo) or tungsten (W).
The metal nitride may contain not only molybdenum or tungsten but also other metal elements, and may be a binary or ternary metal nitride.

上記金属窒化物は、強酸性電解質等の強酸性雰囲気下(例えば、pH4以下)であっても溶出せず化学的に安定であり、酸性からアルカリ性の広範囲のpHにおいて優れた触媒活性を有する。   The metal nitride does not elute even in a strongly acidic atmosphere such as a strongly acidic electrolyte (for example, pH 4 or less), is chemically stable, and has excellent catalytic activity in a wide pH range from acidic to alkaline.

上記金属窒化物としては、次の一般式(I)で表される金属窒化物を挙げることができる。   As said metal nitride, the metal nitride represented by the following general formula (I) can be mentioned.

Figure 2016062826
但し、一般式(I)中、Aは遷移金属元素、Bはモリブテン(Mo)又はタングステン(W)を表し、x、yは、0≦x≦10、0<y≦10である。
Figure 2016062826
However, in general formula (I), A represents a transition metal element, B represents molybdenum (Mo) or tungsten (W), and x and y are 0 ≦ x ≦ 10 and 0 <y ≦ 10.

また、上記3元系の金属窒化物としては、次の一般式(II)で表される3元系複合金属窒化物を挙げることができる。   Examples of the ternary metal nitride include ternary composite metal nitrides represented by the following general formula (II).

Figure 2016062826
但し、一般式(II)中、A’A’’は、互いに異なる遷移金属元素、Bはモリブテン(Mo)又はタングステン(W)を表し、x、yは、0≦x≦10、0<y≦10であり、αは、0<α<1である。
Figure 2016062826
In general formula (II), A′A ″ represents different transition metal elements, B represents molybdenum (Mo) or tungsten (W), and x and y are 0 ≦ x ≦ 10 and 0 <y. ≦ 10 and α is 0 <α <1.

また、上記モリブテン(Mo)又はタングステン(W)以外の他の金属元素が、遷移元素であると酸素還元活性が向上する。
上記遷移元素としては、例えば、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、インジウム(In)、ガドリニウム(Gd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、バナジウム(V)、ガリウム(Ga)、ランタン(La)等を挙げることができ、中でも鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)であることが好ましい。
Further, when the metal element other than the molybdenum (Mo) or tungsten (W) is a transition element, the oxygen reduction activity is improved.
Examples of the transition element include iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), titanium (Ti), chromium (Cr), copper (Cu), zinc (Zn), zirconium ( Zr), niobium (Nb), tantalum (Ta), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), silver (Ag), indium (In), gadolinium (Gd), tin (Sn), lead ( Pb), vanadium (V), gallium (Ga), lanthanum (La) and the like can be mentioned, among which iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), and manganese (Mn) are preferable.

上記金属窒化物は、金属原子の格子間に窒素が侵入した侵入型化合物であることが好ましい。該侵入型化合物は、定比化合物だけでなく不定比の固溶体であってもよい。
侵入型の化合物を形成するものは、一般的に4〜6族の遷移金属元素を有するものに限られる。
The metal nitride is preferably an interstitial compound in which nitrogen enters between lattices of metal atoms. The interstitial compound may be not only a stoichiometric compound but also a non-stoichiometric solid solution.
What forms an interstitial compound is generally limited to those having a transition metal element of Group 4-6.

本発明の金属窒化物が優れた触媒活性を有する理由は明らかにされていないが、窒素原子は、酸素原子よりも電気陰性度が小さく、陰イオンになり難いため、イオン結晶とはならずに侵入型化合物を形成し、電気抵抗が低いことも、電気化学的触媒活性が優れる一因となっていると考えられる。   The reason why the metal nitride of the present invention has an excellent catalytic activity has not been clarified, but the nitrogen atom has a smaller electronegativity than the oxygen atom and does not easily become an anion, so it does not become an ionic crystal. It is considered that the formation of an interstitial compound and low electric resistance also contributes to the excellent electrochemical catalytic activity.

上記電極触媒における金属窒化物の組成は、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)により測定できる。   The composition of the metal nitride in the electrode catalyst can be measured by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP).

本発明の電極触媒において、上述した金属窒化物の形状や大きさは、特に制限されず公知の金属窒化物と同様の形状及び大きさが使用できるが、金属窒化物は、粒状であることが好ましい。
金属窒化物の平均粒子径は、小さいほど電気化学反応が進行する有効電極面積が増加するため触媒活性も高くなり好ましいが、実際には平均粒子径が小さすぎると却って触媒活性が低下する現象が見られる。したがって、金属窒化物の平均粒子径は、数nm〜数百nmであることが好ましい。
In the electrode catalyst of the present invention, the shape and size of the metal nitride described above are not particularly limited, and the same shape and size as known metal nitrides can be used. However, the metal nitride may be granular. preferable.
The smaller the average particle size of the metal nitride, the higher the catalytic activity because the effective electrode area where the electrochemical reaction proceeds increases, which is preferable, but in fact, if the average particle size is too small, there is a phenomenon that the catalytic activity decreases. It can be seen. Therefore, the average particle diameter of the metal nitride is preferably several nm to several hundred nm.

なお、本発明における「金属窒化物の平均粒径」は、X線回折における金属窒化物の回折ピークの半値幅より求められる結晶子径、あるいは透過型電子顕微鏡像より調べられる金属窒化物の粒子径の平均値により測定することができる。   The “average particle diameter of metal nitride” in the present invention refers to the crystallite diameter determined from the half-value width of the diffraction peak of metal nitride in X-ray diffraction, or metal nitride particles determined from a transmission electron microscope image. It can be measured by the average value of the diameters.

本発明の電極触媒は、電極反応を促進させる上記金属窒化物の他に、導電性材料を含むことができる。導電性材料を含むことで、上記電極触媒を用いて作製した電極触媒層において、酸素などの反応ガスを十分に拡散させるための空隙を確保することができる。
したがって、得られる電極触媒の酸素還元活性の更なる向上が図れる。また、集電体として十分な電子導電性を有している導電性材料を用いることにより、電極反応を阻害することもない。
The electrode catalyst of the present invention can contain a conductive material in addition to the metal nitride that promotes the electrode reaction. By including the conductive material, a gap for sufficiently diffusing a reaction gas such as oxygen can be secured in the electrode catalyst layer produced using the electrode catalyst.
Therefore, the oxygen reduction activity of the obtained electrode catalyst can be further improved. Further, by using a conductive material having sufficient electronic conductivity as a current collector, the electrode reaction is not hindered.

本発明の電極触媒において、上記金属窒化物と上記導電性材料とは、単に混合されて用いられてもよいが、上記金属窒化物は導電性材料に担持されて用いられることが好ましい。上記導電性材料を触媒担体として用いることにより、上記金属窒化物を高分散させることができ、長期にわたって高い触媒活性が得られる。   In the electrode catalyst of the present invention, the metal nitride and the conductive material may be simply mixed and used, but the metal nitride is preferably supported on a conductive material. By using the conductive material as a catalyst carrier, the metal nitride can be highly dispersed, and high catalytic activity can be obtained over a long period of time.

上記導電性材料としては、金属窒化物を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、集電体として充分な電子導電性を有しているものであればよく、主成分が炭素原子で構成されるものであることが好ましい。
本発明において、上記主成分が炭素原子とは、2〜3質量%程度以下の炭素原子以外の不純物の混入を排除するものでないことを意味する。
Any conductive material may be used as long as it has a specific surface area for supporting the metal nitride in a desired dispersed state and has sufficient electronic conductivity as a current collector. It is preferably composed of atoms.
In the present invention, that the main component is a carbon atom means that it does not exclude the mixing of impurities other than about 2 to 3% by mass or less of carbon atoms.

上記導電性材料としては、例えば、アセチレンブラック、バルカン、ケッチェンブラック、ブラックパール、黒鉛化アセチレンブラック、黒鉛化バルカン、黒鉛化ケッチェンブラック、黒鉛化ブラックパール、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンフィブリル、フラーレン、グラフェン等が挙げられ、これらは一種又は2種以上を混合して用いてもよい。   Examples of the conductive material include acetylene black, vulcan, ketjen black, black pearl, graphitized acetylene black, graphitized vulcan, graphitized ketjen black, graphitized black pearl, carbon nanotube, carbon nanofiber, and carbon nanohorn. , Carbon fibrils, fullerenes, graphenes, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

上記導電性材料のBET比表面積は、金属窒化物を高分散担持させるのに充分な比表面積を有すればよいが、好ましくは5〜1600m/g、より好ましくは50〜1300m/gである。
上記比表面積が、20m/g未満であると上記導電性材料への金属窒化物の分散性が低下して十分な発電性能が得られないことがあり、1600m/gを超えると金属窒化物の有効利用率が低下することがある。
The BET specific surface area of the conductive material only needs to have a specific surface area sufficient for highly dispersing and supporting the metal nitride, preferably 5 to 1600 m 2 / g, more preferably 50 to 1300 m 2 / g. is there.
If the specific surface area is less than 20 m 2 / g, the dispersibility of the metal nitride in the conductive material may be reduced, and sufficient power generation performance may not be obtained. If the specific surface area exceeds 1600 m 2 / g, metal nitridation may occur. The effective utilization rate of things may decrease.

また、上記導電性材料の大きさは、特に限定されないが、担持の容易さ及び触媒利用率を適切な範囲で制御するなどの観点からは、平均直径を5〜200nm、好ましくは10〜100nm程度とするのがよい。   Further, the size of the conductive material is not particularly limited, but from the viewpoint of controlling the ease of loading and the catalyst utilization rate within an appropriate range, the average diameter is 5 to 200 nm, preferably about 10 to 100 nm. It is good to do.

本発明の電極触媒において、金属窒化物の含有量は、電極触媒の全量に対して、好ましくは10〜80質量%、より好ましくは30〜70質量%とすることが好ましい。上記含有量が、80質量%を超えると金属窒化物の導電性材料上での分散度が低下して、担持量に比して発電性能の向上が小さく経済上での利点が低下することがある。また、上記担持量が、10質量%未満であると、単位質量あたりの触媒活性が低下して所望の触媒活性を得るために多量の電極触媒が必要となることがある。
なお、金属窒化物の含有量は、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)によって調べることができる。
In the electrode catalyst of the present invention, the metal nitride content is preferably 10 to 80% by mass, more preferably 30 to 70% by mass, based on the total amount of the electrode catalyst. If the content exceeds 80% by mass, the degree of dispersion of the metal nitride on the conductive material may be reduced, and the improvement in power generation performance may be small compared to the loading amount and the economic advantage may be reduced. is there. Further, if the supported amount is less than 10% by mass, the catalytic activity per unit mass may be reduced, and a large amount of electrode catalyst may be required to obtain the desired catalytic activity.
Note that the content of metal nitride can be examined by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP).

<製造方法>
上記金属窒化物は、モリブテン又はタングステンを含む触媒材料を窒化処理することで作製できる。上記触媒材料はモリブテン単体及びその塩、又は、タングステン単体及びその塩の他、モリブテン又はタングステン以外の他の金属を含む2元系又は3元系の触媒材料を使用できる。
<Manufacturing method>
The metal nitride can be produced by nitriding a catalyst material containing molybdenum or tungsten. The catalyst material may be a binary or ternary catalyst material containing molybdenum alone and a salt thereof, or tungsten alone and a salt thereof, and other metals other than molybdenum or tungsten.

上記2元系又は3元系の触媒材料は、水溶性モリブテン塩又は水溶性タングステン塩を含む溶液と他の水溶性金属材料を含む溶液とを混合し、pHを調整して固形物を生成させ、瀘別することで触媒材料が得られる。   The binary or ternary catalyst material is prepared by mixing a solution containing a water-soluble molybdenum salt or a water-soluble tungsten salt with a solution containing another water-soluble metal material, and adjusting the pH to produce a solid. By separating, a catalyst material can be obtained.

具体的には、水溶性金属材料を含む溶液のpHを酸性に調整することで沈殿物等の固形物を生成させる。上記pHとしては、0以上7未満であり、好ましくは0〜4である。酸性に調整するには、塩酸(HCl)、硫酸、硝酸、酢酸などの酸を添加してもよい。   Specifically, solids such as precipitates are generated by adjusting the pH of the solution containing the water-soluble metal material to be acidic. As said pH, it is 0 or more and less than 7, Preferably it is 0-4. In order to adjust the acidity, an acid such as hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid, nitric acid, and acetic acid may be added.

また、水溶性モリブテン又は水溶性タングステンを含む溶液と、他の水溶性金属材料を含む溶液を混合する際の混合速度は、0.1〜5mL/minであることが好ましく、1〜2mL/minであることがさらに好ましい。上記混合速度が0.1mL/min未満であると時間がかかり過ぎて効率的ではなく、5mL/minを超えると触媒材料の組成が不均一となることがある。   Further, the mixing speed when mixing the solution containing water-soluble molybdenum or water-soluble tungsten and the solution containing other water-soluble metal material is preferably 0.1 to 5 mL / min, and preferably 1 to 2 mL / min. More preferably. If the mixing speed is less than 0.1 mL / min, it takes too much time and is not efficient, and if it exceeds 5 mL / min, the composition of the catalyst material may become non-uniform.

上記固形物は、前記窒化処理前に、自然乾燥、蒸発乾固法、ロータリーエバポレーター、噴霧乾燥機、ドラムドライヤーなど公知の方法を用いて乾燥させてもよい。乾燥時間や乾燥温度は、使用する方法に応じて適宜選択すればよい。   Prior to the nitriding treatment, the solid material may be dried using a known method such as natural drying, evaporation to dryness, rotary evaporator, spray dryer, drum dryer or the like. What is necessary is just to select a drying time and drying temperature suitably according to the method to be used.

上記塩および水溶性金属材料としては、上記金属元素を含有する硝酸塩、アンモニウム塩、硫酸塩、アミン、炭酸塩、重炭酸塩、塩化物などのハロゲン塩、亜硝酸塩、蓚酸などの無機塩類、ギ酸塩などのカルボン酸塩および水酸化物、アルコキサイド、水酸化物などが挙げられる、これらは一種又は2種以上を混合して用いてもよく、これらを溶解させる溶媒の種類やpHなどによって適宜選択することができる。   Examples of the salts and water-soluble metal materials include nitrates, ammonium salts, sulfates, amines, carbonates, bicarbonates, halogen salts such as chlorides, inorganic salts such as nitrites and oxalic acid, and formic acid containing the above metal elements. Examples thereof include carboxylates such as salts and hydroxides, alkoxides, hydroxides, and the like. These may be used alone or in combination of two or more, and may be appropriately selected depending on the type and pH of the solvent in which these are dissolved. can do.

上記触媒材料を窒化する窒化処理は、窒素を含有する材料と共に加熱処理を行うことで窒化することができる。例えば、尿素やアセトアミド、チオアセドアミド、メチルアセトアミド、ジメチルアセトアミド、炭酸アンモニウム、EDTAなどの固体や、ヒドラジンなどの液体、窒素ガスやアンモニアガス等の窒素を含有する気体でもよい。   The nitriding treatment for nitriding the catalyst material can be performed by performing heat treatment together with a material containing nitrogen. For example, it may be a solid such as urea, acetamide, thioacedamide, methylacetamide, dimethylacetamide, ammonium carbonate, EDTA, a liquid such as hydrazine, or a gas containing nitrogen such as nitrogen gas or ammonia gas.

固体と共に加熱する場合、加熱時は窒素ガスやアンモニアガスの気流雰囲気下がより窒化が進むが、ArやHeなどの不活性ガス存在下でも窒化することはできる。例えば尿素は加熱時に分解し気体のアンモニアを発生させる。このアンモニアガスと反応することで窒化が可能となる。また、水溶性金属材料と共に水に溶解させてもよく、その場合には、得られる窒化物がより細かくなり、活性の高い触媒となる効果も期待できる。
また、気体を用いる場合は窒素ガスやアンモニアガス等の窒素を含有するガスの気流雰囲気下での加熱処理を行うことで窒化することができる。窒素ガスを用いる場合は水素との混合ガスとして用いることで窒化を促進することができる。
When heating together with a solid, nitriding proceeds more in the atmosphere of nitrogen gas or ammonia gas during heating, but nitriding can be performed even in the presence of an inert gas such as Ar or He. For example, urea decomposes when heated to generate gaseous ammonia. Nitriding can be performed by reacting with the ammonia gas. Further, it may be dissolved in water together with the water-soluble metal material. In that case, the resulting nitride becomes finer, and the effect of becoming a highly active catalyst can be expected.
Moreover, when using gas, it can nitride by performing the heat processing in the gas flow atmosphere of nitrogen containing gas, such as nitrogen gas and ammonia gas. When nitrogen gas is used, nitriding can be promoted by using it as a mixed gas with hydrogen.

上記窒化処理条件としては、金属触媒材料やその量比にもよるが、600℃以上1000℃以下の温度範囲で5時間〜20時間程度で加熱することを例示することができる。また、窒素またはアンモニアガスの流量としては、常温において100mL/min〜1000mL/min程度を例示できる。   Examples of the nitriding treatment conditions include heating in a temperature range of 600 ° C. to 1000 ° C. for about 5 hours to 20 hours, depending on the metal catalyst material and the amount ratio thereof. Moreover, as flow volume of nitrogen or ammonia gas, about 100 mL / min-1000 mL / min can be illustrated at normal temperature.

また、本発明の金属窒化物は、上記触媒材料を直接窒化処理してもよいが、触媒材料を焼成して前駆体酸化物とし、この前駆体酸化物を窒化処理することが好ましい。
前駆体酸化物を経由したものは、前駆体酸化物を経由せずに触媒材料を直接窒化処理したものに比して優れた触媒活性を有する。なお、前駆体酸化物とアンモニアとの反応では、窒化の進行とともに酸素が放出されるのでアンモニアは還元剤かつ窒化剤として作用する。
The metal nitride of the present invention may be subjected to direct nitriding treatment of the catalyst material. However, it is preferable that the catalyst material is calcined to be a precursor oxide, and the precursor oxide is nitrided.
Those that have passed through the precursor oxide have superior catalytic activity as compared with those obtained by directly nitriding the catalyst material without passing through the precursor oxide. In the reaction between the precursor oxide and ammonia, oxygen is released with the progress of nitriding, so ammonia acts as a reducing agent and a nitriding agent.

上記触媒材料を焼成して前駆体酸化物とする際の焼成温度としては、触媒材料の組成にもよるが、大気中で300℃以上1000℃以下の温度範囲で行うことができ、また、焼成時間は5時間〜100時間程度焼成することを例示できる。また、窒化処理の前に乳鉢等で粉砕するなど微細化処理を行うことで、より窒化が進み、触媒活性の優れた窒化物を得ることができる。   The firing temperature when the catalyst material is fired to form a precursor oxide can be performed in the temperature range of 300 ° C. or more and 1000 ° C. or less in the air, depending on the composition of the catalyst material. Examples of the time include baking for about 5 hours to 100 hours. Further, by performing a refinement process such as pulverization with a mortar or the like before the nitriding process, nitriding proceeds further, and a nitride having excellent catalytic activity can be obtained.

本発明の電極触媒は、上記のように、金属窒化物と導電性材料と合わせて使用することができ、金属窒化物と導電性材料とは、単に混合されて用いられてもよく、導電性材料に金属窒化物を担持させた電極触媒として用いられてもよい。   As described above, the electrode catalyst of the present invention can be used in combination with a metal nitride and a conductive material, and the metal nitride and the conductive material may be used simply as a mixture. You may use as an electrode catalyst which made the material carry | support metal nitride.

前記導電性材料と触媒材料とが単に混合された電極触媒は、金属窒化物と導電性材料とを混合すればよい。また、導電性材料に金属窒化物を担持させた電極触媒は、従来公知の方法で得ることができ、例えば、含浸法、液相担持法、蒸発乾固法、コロイド吸着法、噴霧熱分解法、逆ミセル(マイクロエマルジョン法)等が挙げられるが、以下の方法で作製することが好ましい。   In the electrode catalyst in which the conductive material and the catalyst material are simply mixed, the metal nitride and the conductive material may be mixed. In addition, an electrode catalyst in which a metal nitride is supported on a conductive material can be obtained by a conventionally known method, such as an impregnation method, a liquid phase support method, an evaporation to dryness method, a colloid adsorption method, or a spray pyrolysis method. , Reverse micelles (microemulsion method), and the like.

すなわち、上記触媒材料を分散させた分散液のpHを酸性に調製した後に、導電性材料を混合撹拌して分散させ、10〜60℃で、1〜10時間反応させて導電性材料に触媒材料を担持させる。その後、上記分散・混合液をろ過し、得られた固形物を窒化処理することで、上記導電性材料に金属窒化物を担持させた電極触媒とすることができる。   That is, after the pH of the dispersion in which the catalyst material is dispersed is adjusted to be acidic, the conductive material is mixed and stirred to disperse, and reacted at 10 to 60 ° C. for 1 to 10 hours to form the catalyst material on the conductive material. Is supported. Thereafter, the dispersion / mixed liquid is filtered, and the obtained solid is subjected to nitriding treatment, whereby an electrocatalyst having a metal nitride supported on the conductive material can be obtained.

上記本発明の電極触媒は、空気電池、燃料電池等の電極触媒層に用いることができ、特に水系電解液を用いた空気電池や燃料電池の正極の触媒層に好ましく使用される。   The electrode catalyst of the present invention can be used for an electrode catalyst layer of an air battery, a fuel cell or the like, and is particularly preferably used for an air battery using an aqueous electrolyte or a catalyst layer of a positive electrode of a fuel cell.

以下に、実施例および参考例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Reference Examples, but the present invention is not limited to these.

[実施例1]
純水に、モリブデン酸アンモニウム水和物(NHMo24・4HOを加え、攪拌して溶液(A)を調製した。同様に、純水に硝酸ニッケル水和物Ni(NO・4HOを加え攪拌した溶液(B)及び硝酸コバルト水和物をCo(NO・4HOを加え攪拌した溶液(C)を調整した。
[Example 1]
In pure water, ammonium molybdate hydrate (NH 4) 6 Mo 7 O 24 · 4H 2 O was added, was prepared by stirring the solution (A). Similarly, nickel nitrate hydrate Ni (NO 3 ) 2 .4H 2 O was added to pure water and stirred (B) and cobalt nitrate hydrate was added with Co (NO 3 ) 2 .4H 2 O and stirred. Solution (C) was prepared.

モル比がMo:Ni:Co=2:1:1となるように、上記溶液(A)を攪拌しながら上記溶液(B)を滴下し、続いて上記溶液(C)を同様に滴下して触媒材料の懸濁液を得た。
上記懸濁液を吸引ろ過して、得られた固形物を120℃で12時間乾燥した後、乳鉢で粉砕し、650℃で9時間焼成し、室温まで降温した後、取り出して乳鉢で粉砕し、前駆体酸化物を得た。
The solution (B) is dropped while stirring the solution (A) so that the molar ratio is Mo: Ni: Co = 2: 1: 1, and then the solution (C) is dropped similarly. A suspension of catalyst material was obtained.
The above suspension was suction filtered, and the obtained solid was dried at 120 ° C. for 12 hours, pulverized in a mortar, baked at 650 ° C. for 9 hours, cooled to room temperature, taken out, and pulverized in a mortar. The precursor oxide was obtained.

上記前駆体酸化物を、アンモニアガス(純度99.8%以上)を200mL/minで流しながら、700℃で6時間焼成して、Ni1.5Co1.5MoNの組成を有する金属窒化物を得た。 The precursor oxide is fired at 700 ° C. for 6 hours while flowing ammonia gas (purity 99.8% or more) at 200 mL / min, and has a composition of Ni 1.5 Co 1.5 Mo 3 N. A nitride was obtained.

上記金属窒化物0.3gに、導電性材料としてカーボンブラック(ケッチェンブラックEC)0.4gを混合し電極触媒を得た。   0.4 g of carbon black (Ketjen Black EC) as a conductive material was mixed with 0.3 g of the metal nitride to obtain an electrode catalyst.

[実施例2]
実施例1において、硝酸ニッケルを用いず、モル比がMo:Co=1:1となるように混合すること以外は、実施例1と同様にしてCoMoNの組成を有する金属窒化物を含む電極触媒を得た。
[Example 2]
A metal nitride having a composition of Co 3 Mo 3 N in the same manner as in Example 1 except that nickel nitrate is not used and mixing is performed so that the molar ratio is Mo: Co = 1: 1. An electrode catalyst containing was obtained.

[実施例3]
実施例1において、硝酸コバルトを用いず、モル比がMo:Ni=3:2となるように混合し、750℃で焼成すること以外は、実施例1と同様にしてNiMoNの組成を有する金属窒化物を含む電極触媒を得た。
[Example 3]
In Example 1, Ni 2 Mo 3 N was used in the same manner as in Example 1 except that cobalt nitrate was not used and the molar ratio was Mo: Ni = 3: 2 and the mixture was fired at 750 ° C. An electrode catalyst containing a metal nitride having a composition was obtained.

[実施例4]
実施例1において、硝酸ニッケル、硝酸コバルトに替えて、硝酸鉄水和物を用い、モル比がMo:Fe=1:1となるように混合し、750℃で焼成する以外は、実施例1と同様にしてFeMoNの組成を有する金属窒化物を含む電極触媒を得た。
[Example 4]
In Example 1, instead of nickel nitrate and cobalt nitrate, iron nitrate hydrate was used, mixed so that the molar ratio was Mo: Fe = 1: 1, and fired at 750 ° C. Example 1 In the same manner as above, an electrode catalyst containing a metal nitride having a composition of Fe 3 Mo 3 N was obtained.

[実施例5]
実施例1において、硝酸ニッケル、硝酸コバルトを用いないことと700℃で9時間焼成する以外は、実施例1と同様にしてMoNの組成を有する金属窒化物を含む電極触媒を得た。
[Example 5]
In Example 1, an electrode catalyst containing a metal nitride having a Mo 2 N composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that nickel nitrate and cobalt nitrate were not used and calcination was performed at 700 ° C. for 9 hours.

[実施例6]
実施例1において、硝酸ニッケル、硝酸コバルトを用いないことと、650℃で9時間焼成し前駆体酸化物を得る工程がないことと、700℃で9時間焼成して窒化処理する以外は、実施例1と同様にしてMoNの組成を有する金属窒化物を含む電極触媒を得た。
[Example 6]
In Example 1, except that nickel nitrate and cobalt nitrate were not used, there was no step of obtaining a precursor oxide by baking at 650 ° C. for 9 hours, and nitriding was carried out by baking at 700 ° C. for 9 hours. In the same manner as in Example 1, an electrode catalyst containing a metal nitride having a composition of Mo 2 N was obtained.

[実施例7]
純水に、タングステン酸アンモニウム水和物(NH101241・4HOを加え攪拌し、溶液(D)を調製した。同様に、純水に硝酸マンガン水和物Mn(NO・4HOを加え攪拌したものを溶液(E)として調整した。
[Example 7]
In pure water, and stirred added ammonium tungstate hydrate (NH 4) 10 W 12 O 41 · 4H 2 O, the solution (D) was prepared. Similarly, manganese nitrate hydrate Mn (NO 3 ) 2 .4H 2 O added to pure water and stirred was prepared as a solution (E).

モル比がW:Mn=1:1となるように、上記溶液(D)を攪拌しながら上記溶液(E)を滴下して触媒材料の混合液を得た。前記混合液を全体の量が30ml以下になるまで大気中で濃縮させたのち、アルミナボートに移し、120℃で12時間乾燥した。
得られた固形物を800℃まで昇温し、アンモニアガス(純度99.8%以上)を200mL/minで流しながら9時間焼成して、MnWNの組成を有する金属窒化物を含む電極触媒を得た。
The solution (E) was dropped while stirring the solution (D) so that the molar ratio was W: Mn = 1: 1, thereby obtaining a mixed solution of catalyst materials. The mixture was concentrated in the atmosphere until the total amount was 30 ml or less, then transferred to an alumina boat and dried at 120 ° C. for 12 hours.
The obtained solid was heated to 800 ° C., calcined for 9 hours while flowing ammonia gas (purity 99.8% or more) at 200 mL / min, and an electrode catalyst containing a metal nitride having a composition of MnWN 3 was obtained. Obtained.

[実施例8]
市販のタングステン酸マンガンMnWO粉末を、アンモニアガス(純度99.8%以上)を200mL/minで流しながら、750℃で9時間焼成して、MnWNの組成を有する金属窒化物を含む電極触媒を得た。
[Example 8]
An electrocatalyst containing a metal nitride having a composition of MnWN 3 by burning a commercially available manganese tungstate MnWO 4 powder at 750 ° C. for 9 hours while flowing ammonia gas (purity 99.8% or more) at 200 mL / min. Got.

[実施例9]
純水に、タングステン酸アンモニウム水和物(NH101241・4HOを加え攪拌し、溶液(F)を調製した。同様に、純水に硝酸コバルト水和物Co(NO・4HOを加え攪拌したものを溶液(G)、純水に4H−EDTAを加え攪拌したものを溶液(H)、純粋にポリエチレンイミド(PEI)を加え攪拌したものを溶液(I)として調整した。
[Example 9]
In pure water, it added and stirred ammonium tungstate hydrate (NH 4) 10 W 12 O 41 · 4H 2 O, the solution (F) was prepared. Similarly, a solution obtained by adding cobalt nitrate hydrate Co (NO 3 ) 2 .4H 2 O to pure water and stirring the solution (G), a solution obtained by adding 4H-EDTA to pure water and stirring the solution (H), pure A solution obtained by adding polyethylene imide (PEI) to and stirring was prepared as solution (I).

前記溶液(F)を攪拌しながら、モル比でCo:W:EDTA=1:1:2EDTAの半分の重量のPEIとなるように、前記溶液(G)を滴下した後、続いて前記溶液(H)、溶液(I)を同様に滴下し混合液を得た。
前記混合液を大気中で、全体の量が30ml以下になるまで濃縮させたのち、アルミナボートに移し、120℃で12時間乾燥した。得られた固形物を800℃まで昇温し、窒素フロー中200mL/minで15時間焼成した。これによって、CoNの組成を有する電極触媒を得た。
上記で得られた窒化物を水洗後、1M−HCl水溶液に12時間浸漬させた。浸漬前後のXRDパターンを図3に示す。
While the solution (F) is being stirred, the solution (G) is added dropwise so that the molar ratio of Co: W: EDTA = 1: 1: 2 EDTA is half the weight of PEI. H) and solution (I) were added dropwise in the same manner to obtain a mixed solution.
The mixture was concentrated in the atmosphere until the total amount became 30 ml or less, then transferred to an alumina boat and dried at 120 ° C. for 12 hours. The obtained solid was heated to 800 ° C. and baked at 200 mL / min for 15 hours in a nitrogen flow. As a result, an electrode catalyst having a composition of Co 3 W 3 N was obtained.
The nitride obtained above was washed with water and then immersed in 1M HCl aqueous solution for 12 hours. The XRD pattern before and after immersion is shown in FIG.

[比較例1]
高純度化学(株)製の二酸化マンガン0.3gに、導電性材料としてカーボンブラック(ケッチェンブラックEC)0.4gを混合し電極触媒を得た。
この酸化物の耐酸性を確認するために1M−HClに浸漬させたところ、溶解することを確認した。
[Comparative Example 1]
Carbon black (Ketjen Black EC) 0.4 g as a conductive material was mixed with 0.3 g of manganese dioxide manufactured by High Purity Chemical Co., Ltd. to obtain an electrode catalyst.
In order to confirm the acid resistance of this oxide, it was confirmed that it was dissolved when immersed in 1M HCl.

[比較例2]
純水にモリブデン酸アンモニウム水和物(NH1024・4HOを溶解させ、70℃で乾燥させたのち650℃、3時間加熱してMoOを得た。
得られた酸化物の耐酸性を確認するために1M−HClに浸漬させたところ、溶解することを確認した。
[Comparative Example 2]
Pure water of ammonium molybdate hydrate (NH 4) was dissolved 10 M 7 O 24 · 4H 2 O, 650 ℃ After drying 70 ° C., to obtain a MoO 2 and heated for 3 hours.
In order to confirm the acid resistance of the obtained oxide, it was confirmed that it was dissolved when immersed in 1M HCl.

[比較例3]
実施例1において、モリブデン酸アンモニウム水和物、硝酸ニッケル、硝酸コバルトに替えて、硝酸鉄水和物を用い、800℃で9時間焼成する以外は、実施例1と同様にしてFeNの組成を有する金属窒化物を含む電極触媒を得た。
得られた窒化物の耐酸性を確認するために1M−HClに浸漬させたところ、溶解することを確認した。
[Comparative Example 3]
In Example 1, ammonium molybdate hydrate, nickel nitrate, instead of cobalt nitrate, using iron nitrate hydrate, except that the calcined for 9 hours at 800 ° C., the Fe 3 N in the same manner as in Example 1 An electrode catalyst containing a metal nitride having a composition was obtained.
In order to confirm the acid resistance of the obtained nitride, it was confirmed that it was dissolved when immersed in 1M-HCl.

<評価>
上記で作製した電極触媒の触媒活性を以下の手順に従って測定し評価した。
<Evaluation>
The catalytic activity of the electrode catalyst prepared above was measured and evaluated according to the following procedure.

1.ガス拡散電極の作製
カーボンブラック(アセチレンブラック)6gと、界面活性剤(トライトンX−100)6gと、純水180mLと、を混合した。さらに、PTFE分散液(ダイキン工業社製ポリフロンD−1E、PTFE60wt%)を固形分換算で0.3gを加え、ホモジナイザーで混合・粉砕し、吸引濾過した後、120℃で12時間乾燥させた。
上記乾燥物を粉砕して微粒化し、280℃で3時間熱処理して、トライトンX−100を除去し、粉砕してガス拡散層形成用粉末を得た。
1. Fabrication of gas diffusion electrode
Carbon black (acetylene black) 6g, surfactant (Triton X-100) 6g, and pure water 180mL were mixed. Further, PTFE dispersion (Daikin Kogyo Polyflon D-1E, PTFE 60 wt%) was added with 0.3 g in terms of solid content, mixed and pulverized with a homogenizer, suction filtered, and dried at 120 ° C. for 12 hours.
The dried product was pulverized and atomized, and heat treated at 280 ° C. for 3 hours to remove Triton X-100 and pulverized to obtain a gas diffusion layer forming powder.

上記実施例1の電極触媒0.4gを、1−ブタノール10mL、および、純水100mLを混合した溶液に加え、1時間攪拌した後、PTFE分散液(ダイキン工業社製ポリフロンD−1E、PTFE60wt%)を固形分換算で0.3gを加えて、さらに1時間攪拌した。
これを吸引濾過し、120℃で12時間乾燥し、さらにこれを粉砕して触媒層形成用粉末を得た。
After adding 0.4 g of the electrode catalyst of Example 1 above to a mixed solution of 10 mL of 1-butanol and 100 mL of pure water, the mixture was stirred for 1 hour, and then a PTFE dispersion (Daikin Industries, Ltd. Polyflon D-1E, PTFE 60 wt%). ) Was added in an amount of 0.3 g in terms of solid content, and the mixture was further stirred for 1 hour.
This was suction filtered, dried at 120 ° C. for 12 hours, and further pulverized to obtain a powder for forming a catalyst layer.

また、上記実施例2〜9、比較例1〜3の電極触媒を用いる他は同様にして、触媒層形成用粉末を得た。   Moreover, except having used the electrode catalyst of the said Examples 2-9 and Comparative Examples 1-3, the powder for catalyst layer formation was obtained similarly.

ホットプレスの金型に、Niメッシュをのせ、この上に、ガス拡散層形成用粉末120mgを均一に充填し、さらに、60mgの触媒層形成用粉末を均一に充填し、これを30MPaで10分間プレスした。
金型から取り出した成形体を金板で挟み、これを550℃に加熱した電気炉に投入して、成形体の内温を380℃に昇温した後、再度取り出し、60MPaで10分間プレスして、集電材、ガス拡散層、触媒層が積層されたガス拡散電極を作製した。
Ni mesh is placed on a hot press mold, and 120 mg of the gas diffusion layer forming powder is uniformly filled thereon, and further 60 mg of the catalyst layer forming powder is uniformly filled, and this is filled at 30 MPa for 10 minutes. Pressed.
The molded body taken out from the mold is sandwiched between metal plates, placed in an electric furnace heated to 550 ° C., the internal temperature of the molded body is raised to 380 ° C., taken out again, and pressed at 60 MPa for 10 minutes. Thus, a gas diffusion electrode in which a current collector, a gas diffusion layer, and a catalyst layer were laminated was produced.

ガス拡散電極の断面図を図1に示す。図1中、101はNiメッシュ、102はガス拡散層、103は触媒層である。
なお、ガス拡散層は、厚さ0.2mm、直径15mmφとし、電極触媒層は、厚さ0.2mm、直径15mmφとした。
A cross-sectional view of the gas diffusion electrode is shown in FIG. In FIG. 1, 101 is a Ni mesh, 102 is a gas diffusion layer, and 103 is a catalyst layer.
The gas diffusion layer had a thickness of 0.2 mm and a diameter of 15 mmφ, and the electrode catalyst layer had a thickness of 0.2 mm and a diameter of 15 mmφ.

2.ガス拡散電極の評価
上記で作製したガス拡散電極の還元電流を図2に示す装置を用いて70℃で測定を行った。
上記で作製したガス拡散電極100をセルに取り付け、2N−HSO水溶液110中で、対極130には白金板を、参照極(RHE)140には水素電極を用い、反応ガスには純酸素を80mL/minで流した。ポテンシオスタット150を用いて、数分間経過後、安定した電位(レストポテンシャル、R.P)を確認した。10分間10mAの電流を流した後、電位を負方向に掃引させ、還元電流を測定し、X−Tレコーダー160で記録した。
2. Evaluation of gas diffusion electrodes
The reduction current of the gas diffusion electrode produced above was measured at 70 ° C. using the apparatus shown in FIG.
The gas diffusion electrode 100 produced above is attached to a cell, a platinum plate is used as the counter electrode 130, a hydrogen electrode is used as the reference electrode (RHE) 140 in the 2N—H 2 SO 4 aqueous solution 110, and the reaction gas is pure. Oxygen was flowed at 80 mL / min. Using a potentiostat 150, a stable potential (rest potential, RP) was confirmed after several minutes. After passing a current of 10 mA for 10 minutes, the potential was swept in the negative direction, the reduction current was measured, and recorded by the XT recorder 160.

また、5N−KOH水溶液を電解液とした場合の正極電位700mVでの電流密度I700(mA/cm)およびHSO水溶液を電解液とした場合の正極電位400mVでの電流密度I400(mA/cm)を測定した。測定結果を表1に示す。 In addition, a current density I 700 (mA / cm 2 ) at a positive electrode potential of 700 mV when a 5N-KOH aqueous solution is used as an electrolytic solution and a current density I 400 at a positive electrode potential of 400 mV when a H 2 SO 4 aqueous solution is used as an electrolytic solution. (MA / cm 2 ) was measured. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2016062826
※―の項目については未実施、×については酸に溶解するため実施できず。
Figure 2016062826
* Items marked with-are not implemented, and those marked with x cannot be implemented because they dissolve in acid.

100 ガス拡散電極
101 Niメッシュ
102 ガス拡散層
103 触媒層
110 2N−HSO水溶液
120 水浴
130 対極
140 参照極
150 ポテンシオスタット
160 X−Tレコーダー
170 ルギン細管
100 gas diffusion electrode 101 Ni mesh 102 gas diffusion layer 103 catalyst layer 110 2N-H 2 SO 4 aqueous 120 bath 130 counter 140 reference electrode 150 potentiostat 160 X-T Recorder 170 Luggin capillary

Claims (8)

モリブテン(Mo)又はタングステン(W)を含む金属窒化物を有することを特徴とする電極触媒。   An electrode catalyst comprising a metal nitride containing molybdenum (Mo) or tungsten (W). 上記金属窒化物が、次の一般式(I)で表されるものであることを特徴とする請求項1に記載の電極触媒。
Figure 2016062826
但し、一般式(I)中、Aは遷移金属元素、Bはモリブテン(Mo)又はタングステン(W)を表し、x、yは、0≦x≦10、0<y≦10である。
The electrode catalyst according to claim 1, wherein the metal nitride is represented by the following general formula (I).
Figure 2016062826
However, in general formula (I), A represents a transition metal element, B represents molybdenum (Mo) or tungsten (W), and x and y are 0 ≦ x ≦ 10 and 0 <y ≦ 10.
上記金属窒化物が、次の一般式(II)で表される3元系複合金属窒化物であることを特徴とする請求項1に記載の電極触媒。
Figure 2016062826
但し、一般式(II)中、A’A’’は、互いに異なる遷移金属元素、Bはモリブテン(Mo)又はタングステン(W)を表し、x、yは、0≦x≦10、0<y≦10であり、αは、0<α<1である。
The electrode catalyst according to claim 1, wherein the metal nitride is a ternary composite metal nitride represented by the following general formula (II).
Figure 2016062826
In general formula (II), A′A ″ represents different transition metal elements, B represents molybdenum (Mo) or tungsten (W), and x and y are 0 ≦ x ≦ 10 and 0 <y. ≦ 10 and α is 0 <α <1.
上記遷移金属元素が、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、チタン(Ti)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、インジウム(In)、ガドリニウム(Gd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、バナジウム(V)、ガリウム(Ga)、ランタン(La)から選択されるものであることを特徴とする請求項2又は3に記載の電極触媒。   The transition metal element is iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), manganese (Mn), chromium (Cr), titanium (Ti), copper (Cu), zinc (Zn), niobium (Nb) , Zirconium (Zr), tantalum (Ta), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), silver (Ag), indium (In), gadolinium (Gd), tin (Sn), lead (Pb) The electrode catalyst according to claim 2, wherein the electrode catalyst is selected from vanadium (V), gallium (Ga), and lanthanum (La). モリブテン又はタングステンを含む触媒材料を焼成した前駆体酸化物を窒化したものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の電極触媒。   The electrode catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein a precursor oxide obtained by calcining a catalyst material containing molybdenum or tungsten is nitrided. 請求項1〜5のいずれか1つの項に記載の電極触媒の製造方法であって、モリブテン又はタングステンを含む触媒材料を焼成した前駆体酸化物を窒化処理することを特徴とする電極触媒の製造方法。   A method for producing an electrode catalyst according to any one of claims 1 to 5, wherein a precursor oxide obtained by firing a catalyst material containing molybdenum or tungsten is subjected to nitriding treatment. Method. 上記窒化処理が、窒素を含有材料の存在下で焼成するものであることを特徴とする請求項6に記載の電極触媒の製造方法。   The method for producing an electrode catalyst according to claim 6, wherein the nitriding treatment is performed by baking in the presence of a nitrogen-containing material. 上記窒化処理が、窒素を含有するガスの雰囲気下で焼成するものであることを特徴とする請求項6に記載の電極触媒の製造方法。   The method for producing an electrode catalyst according to claim 6, wherein the nitriding treatment is performed in an atmosphere of a gas containing nitrogen.
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