JP2019111510A - Supported metal catalyst and production method thereof - Google Patents

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Abstract

To provide a supported metal catalyst capable of enhancing power generation performance.SOLUTION: The supported metal catalyst comprises a carrier powder being an aggregate of carrier fine particles, a metal fine particle 130 supported on the carrier powder and a coating layer 140 formed so as to cover the carrier fine particle. The coating layer 140 comprises a polymer having proton conductivity and when the average thickness of the coating layer 140 is d and the average particle size of the metal fine particle 130 is D, at least one of conditions (1) and (2) as given below are satisfied: (1) 0.18≤d/D≤0.32; and (2) 0.18≤d/D≤0.55 and 2.5 nm≤D≤4.9 nm.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、担持金属触媒及びその製造方法に関する。本発明の担持金属触媒は、燃料電池のカソード電極触媒として好適に用いられる。   The present invention relates to a supported metal catalyst and a method of producing the same. The supported metal catalyst of the present invention is suitably used as a cathode electrode catalyst of a fuel cell.

特許文献1には、燃料電池用触媒層であって、前記燃料電池用触媒層は、SnO担体の表面に白金または白金合金を担持した触媒複合体及び当該触媒複合体を被覆するプロトン伝導性を有するポリマーであるアイオノマーを含有し、前記SnO担体の質量(MO)に対する前記アイオノマーの質量(I)の比(I/MO)が0.10〜0.12の範囲であることを特徴とする燃料電池用触媒層が開示されている。 Patent Document 1 discloses a catalyst layer for a fuel cell, wherein the catalyst layer for a fuel cell is a catalyst composite in which platinum or a platinum alloy is supported on the surface of a SnO 2 carrier, and a proton conductivity coating the catalyst composite. Wherein the ratio (I / MO) of the mass (I) of the ionomer to the mass (MO) of the SnO 2 carrier is in the range of 0.10 to 0.12. A fuel cell catalyst layer is disclosed.

特開2017−188270号公報JP, 2017-188270, A 特開2017−157353号公報JP 2017-157353 A

特許文献1では、I/MOを特定の範囲にすることによって、幅広い湿度環境において高い発電性能を発揮させる点が検討されているが、発電性能については、さらに改善させることが要望されている。   Although the point which exhibits high electric power generation performance in a wide humidity environment is examined by patent document 1 by making I / MO into a specific range, it is demanded to further improve electric power generation performance.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、発電性能を高めることが可能な担持金属触媒を提供するものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a supported metal catalyst capable of enhancing the power generation performance.

本発明によれば、担体微粒子の集合体である担体粉末と、前記担体粉末に担持された金属微粒子と、前記担体微粒子を被覆するように形成された被覆層を備え、前記被覆層は、プロトン伝導性を有するポリマーで構成され、前記被覆層の平均厚さをdとし、前記金属微粒子の平均粒径をDとすると、以下の条件(1)〜(2)の少なくとも一方が充足される、担持金属触媒が提供される。
(1)0.18≦d/D≦0.32
(2)0.18≦d/D≦0.55であり、かつ2.5nm≦D≦4.9nm
According to the present invention, there is provided a carrier powder which is an aggregate of carrier fine particles, metal fine particles carried on the carrier powder, and a covering layer formed to cover the carrier fine particles, the covering layer being a proton It is made of a polymer having conductivity, and assuming that the average thickness of the coating layer is d and the average particle diameter of the metal fine particles is D, at least one of the following conditions (1) to (2) is satisfied: A supported metal catalyst is provided.
(1) 0.18 ≦ d / D ≦ 0.32
(2) 0.18 ≦ d / D ≦ 0.55, and 2.5 nm ≦ D ≦ 4.9 nm

本発明者らが鋭意検討を行ったところ、条件(1)又は(2)が充足される場合に、発電性能が非常に高くなることを見出し、本発明の完成に到った。   The inventors of the present invention conducted intensive studies and found that the power generation performance becomes very high when the condition (1) or (2) is satisfied, and the present invention has been completed.

担持金属触媒100の触媒構造のモデル図である。FIG. 2 is a model view of a catalyst structure of a supported metal catalyst 100. 図1から担体微粒子150を抜き出した図である。It is the figure which extracted carrier fine particles 150 from FIG. 図1における担体微粒子150の分枝160の状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the branch 160 of the carrier fine particle 150 in FIG. 図1におけるガス拡散径路を示す図である。It is a figure which shows the gas diffusion path in FIG. 金属微粒子130が担持された担体微粒子150が被覆層140で覆われている状態を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual view showing a state in which carrier fine particles 150 carrying metal fine particles 130 are covered with a coating layer 140. FIG. 担体粉末に含まれる空隙110の分布の一例を示す。An example of distribution of the space | gap 110 contained in a carrier powder is shown. 燃料電池のモデル図を示す。Fig. 1 shows a model of a fuel cell. 担体粉末を製造するための製造装置1の、バーナー2の中央を通る断面図である。1 is a cross-sectional view through the center of a burner 2 of a production device 1 for producing a carrier powder. 図8中の領域Xの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region X in FIG. 図8中のA−A断面図である。It is AA sectional drawing in FIG. 図10中の領域Yの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region Y in FIG. I/S=0.12であるサンプルのTEM画像を示す。The TEM image of the sample which is I / S = 0.12 is shown.

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described using the drawings. The various features shown in the embodiments described below can be combined with one another. In addition, the invention is established independently for each feature.

1.担持金属触媒100
図1〜図5に示すように、担持金属触媒100は、担体微粒子150の集合体である担体粉末と、担体粉末に担持される金属微粒子130と、担体微粒子150を被覆するように形成された被覆層140を備える。以下、各構成について説明する。
1. Supported metal catalyst 100
As shown in FIGS. 1 to 5, the supported metal catalyst 100 is formed to cover the carrier powder which is an aggregate of the carrier fine particles 150, the metal fine particles 130 carried by the carrier powder, and the carrier fine particles 150. A covering layer 140 is provided. Each component will be described below.

1−1.担体微粒子150及び担体粉末
図1〜図4に示すように、担体微粒子150には、その分枝160及びその複数の分枝間に存在する孔で取り囲まれた立体的な空隙110が形成されている。分枝160は、担体微粒子150を構成する複数の結晶子120が鎖状に融着結合されて構成された鎖状部が枝として分かれた部分である。酸化剤である酸素及びまたは燃料である水素を拡散させ、担持金属触媒100上へ輸送するガス拡散経路を上記した担体微粒子150の立体配置により形成されている。このような構造の担体微粒子150は、特許文献2に開示されている。
1-1. Carrier fine particle 150 and carrier powder As shown in FIGS. 1 to 4, the carrier fine particle 150 is formed with a three-dimensional void 110 surrounded by the pores existing between the branches 160 and the plural branches thereof. There is. The branch 160 is a portion in which a chain-like portion formed by fusion bonding a plurality of crystallites 120 constituting the carrier fine particles 150 in a chain shape is divided as a branch. A gas diffusion path for diffusing oxygen as the oxidant and / or hydrogen as the fuel and transporting it to the supported metal catalyst 100 is formed by the configuration of the carrier fine particles 150 described above. Patent Document 2 discloses carrier fine particles 150 having such a structure.

図1〜図4に担持金属触媒の構造モデルの例として示したように、担体微粒子150は、分枝同士がつながる点(分岐点、以下単に分岐と称す場合もあり)b1、b2、b5、b4、b1で囲まれた第1の孔部、分岐点b1、b2、b3、b1で囲まれた第2の孔部、分岐点b2、b3、b6、b7、b5、b2で囲まれた第3の孔部、分岐点b1、b3、b6、b7、b5、b4、b1で囲まれた第4の孔部の計4つの孔部を備える。ここで各孔部(第1〜第4の孔部)の分岐点で囲まれた面を孔面とすると、空隙110はこれら4つの孔面で囲まれる立体的空間である。担体微粒子150は、このように複数の分枝同士がつながる複数の分岐点で囲まれる孔部を複数備える。そして複数の孔部によって囲まれる立体的空間(空隙)が互いに連続して備えられた構造となっている。したがってこの空隙が酸素や水素などのガス拡散径路(ガス拡散パス)となる。図4は、図1におけるガス拡散径路を示す図である。図4では、空隙110のガス拡散径路(ガス拡散パス)の一例を示している。酸化剤(ガス)、燃料ガス等の流れ(ガス拡散径路)170は図4に示すように空隙110を介して所望の方向に流れることができる。つまりこの空隙110がガス拡散径路となる。   As shown in FIGS. 1 to 4 as an example of the structural model of the supported metal catalyst, the carrier fine particles 150 are points (branch points, hereinafter sometimes simply referred to as branches) b1, b2, b5, b1 a first hole surrounded by b4 and b1, a second hole surrounded by branch points b1, b2, b3 and b1, a first hole surrounded by branch points b2, b3, b6, b7, b5 and b2 A total of four holes including a fourth hole surrounded by three holes and branch points b1, b3, b6, b7, b5, b4 and b1 are provided. Here, assuming that the surface surrounded by the branch points of the holes (first to fourth holes) is a hole surface, the air gap 110 is a three-dimensional space surrounded by these four hole surfaces. The carrier particle 150 includes a plurality of holes surrounded by a plurality of branch points where a plurality of branches are connected in this manner. A three-dimensional space (air gap) surrounded by a plurality of holes is provided continuously to one another. Therefore, this air gap becomes a gas diffusion path (gas diffusion path) of oxygen, hydrogen and the like. FIG. 4 is a view showing the gas diffusion path in FIG. FIG. 4 shows an example of the gas diffusion path (gas diffusion path) of the air gap 110. The flow (gas diffusion path) 170 of the oxidant (gas), fuel gas, etc. can flow in the desired direction through the air gap 110 as shown in FIG. That is, the air gap 110 becomes a gas diffusion path.

なお、担体微粒子150の簡素な構成としては、単に1つの孔部(たとえば分岐点b1、b2、b5、b4、b1で囲まれた第1の孔部)を備えるようにしてもよい。この場合は、結晶子120の結晶子粒の厚みの分の空隙110を備えることになる。さらに簡素な構成としては、担体微粒子150は1つ以上の分枝を持つものであってもよい。この場合であっても担体微粒子150同士間に分枝があるために密着できずその間に空隙110を備えることができる。   In addition, as a simple configuration of the carrier fine particles 150, only one hole (for example, a first hole surrounded by branch points b1, b2, b5, b4, b1) may be provided. In this case, the void 110 is provided for the thickness of crystallite grains of the crystallite 120. As a simpler configuration, the carrier particles 150 may have one or more branches. Even in this case, since the carrier fine particles 150 are branched, they can not be in close contact with each other, and the air gap 110 can be provided therebetween.

なお、上記で孔部と記したところは、閉曲線(クローズドループ)と言い換えてもよい。あるいは、複数の上述した分岐点(たとえば分岐点b1〜b7)を含む閉曲面に囲まれた空隙110を有すると言い換えることもできる。分岐点b1〜b7としては、分枝同士がつながる担体微粒子150を構成する金属酸化物の結晶子の重心としてとらえることもできるし、あるいはこの結晶子上の任意の1点としてもよい。   In addition, the place described as a hole above may be rephrased as a closed curve (closed loop). Alternatively, it can be rephrased to have the air gap 110 surrounded by a closed surface including a plurality of the above-described branch points (for example, branch points b1 to b7). The branch points b1 to b7 can be regarded as the center of gravity of the crystallite of the metal oxide constituting the carrier fine particle 150 in which the branches are connected to each other, or may be any one point on this crystallite.

結晶子120のサイズは、1〜30nmが好ましく、5〜15nmがさらに好ましい。このサイズは、具体的には例えば、1、5、10、15、20、25、30nmであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。結晶子120のサイズ(結晶子径)は、XRDパターンのピークの半値幅からシェラー式に基づいて求めることができる。   The size of the crystallite 120 is preferably 1 to 30 nm, and more preferably 5 to 15 nm. Specifically, the size is, for example, 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30 nm, and may be in the range between any two of the numerical values exemplified here. The size (crystallite diameter) of the crystallite 120 can be determined from the half-width of the peak of the XRD pattern based on the Scherrer equation.

担体微粒子150の集合体は、粉末状である。このような集合体を「担体粉末」と称する。   The aggregate of carrier fine particles 150 is in the form of powder. Such an assembly is called "carrier powder".

担体粉末中の担体微粒子150の平均粒径は、0.1μm〜4μmであり、0.5μm〜2μmが好ましい。担体微粒子150の平均粒径は、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置によって測定することができる。   The average particle diameter of the carrier fine particles 150 in the carrier powder is 0.1 μm to 4 μm, preferably 0.5 μm to 2 μm. The average particle size of the carrier fine particles 150 can be measured by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus.

担体粉末の比表面積は、12m/g以上が好ましく、25m/g以上がさらに好ましい。この比表面積は、例えば12〜150m/gであり、好ましくは、20〜120m/gであり、具体的には例えば、12、15、20、25、30、35、40、45、50、100、150m/gであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。 The specific surface area of the carrier powder is preferably 12 m 2 / g or more, and more preferably 25 m 2 / g or more. The specific surface area, for example 12~150m 2 / g, preferably in the 20~120m 2 / g, specifically, for example, 12,15,20,25,30,35,40,45,50 , 100, 150 m 2 / g, and may be in the range between any two of the numerical values exemplified here.

担体粉末に含まれる空隙110の分布の一例を図6に示す。空隙110の分布は、水銀ポロシメータを用いて担体粉末の立体的な空隙の容積を測定することによって求めることができる。図6は、測定された容積値と空隙の数とから空隙1つあたりの容積を求め、求められた容積と同じ容積の球の直径に換算した値(水銀圧入法による球相当径)の積算分布を示している。図6に示すように、担体粉末には、11nm以下の空隙(一次孔)と11nmより大きな空隙(二次孔)が存在するが好ましい。これによって、燃料電池の触媒層におけるガス拡散経路が確保される。   An example of the distribution of the voids 110 contained in the carrier powder is shown in FIG. The distribution of the voids 110 can be determined by measuring the volume of the three-dimensional void of the carrier powder using a mercury porosimeter. FIG. 6 calculates the volume per void from the measured volume value and the number of voids, and integrates the value (sphere equivalent diameter by mercury intrusion method) converted to the diameter of a sphere of the same volume as the determined volume It shows the distribution. As shown in FIG. 6, in the carrier powder, it is preferable that voids (primary pores) of 11 nm or less and voids (secondary pores) larger than 11 nm exist. This secures a gas diffusion path in the catalyst layer of the fuel cell.

担体粉末は、空隙率が50%以上であることが好ましく、60%以上であることがさらに好ましい。空隙率は、例えば50〜80%であり、具体的には例えば、50、55、60、65、70、75、80%であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。空隙率は、水銀圧入法またはFIB−SEMまたはガス吸着法によって求めることができる。   The carrier powder preferably has a porosity of 50% or more, more preferably 60% or more. The porosity is, for example, 50 to 80%, specifically, for example, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80%, and the range between any two of the numerical values exemplified here. It may be. The porosity can be determined by mercury porosimetry or FIB-SEM or gas adsorption.

担体粉末は、安息角が50度以下であることが好ましく、45度以下であることがさらに好ましい。この場合、担体粉末は小麦粉と同程度の流動性を有しており、取り扱いが容易である。この安息角は、例えば20〜50度であり、具体的には例えば、20、25、30、35、40、45、50度であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。安息角は、落下体積法によって求めることができる。   The carrier powder preferably has a repose angle of 50 degrees or less, and more preferably 45 degrees or less. In this case, the carrier powder has the same fluidity as wheat flour and is easy to handle. The angle of repose is, for example, 20 to 50 degrees, specifically, for example, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 degrees, and the range between any two of the numerical values exemplified here It may be The angle of repose can be determined by the drop volume method.

担体微粒子150は、無機化合物の微粒子であることが好ましい。無機化合物の微粒子は、表面が親水性になりやすいので、親水性溶媒を含むインクを用いて被覆層140を形成する場合に、被覆層140が均一になりやすいという利点がある。無機化合物は、ルチル型の酸化物であることが好ましく、酸化スズ又は酸化チタンを含むことがさらに好ましい。担体微粒子150に含まれる金属酸化物中の酸化スズ又は酸化チタンの割合は、50mol%以上が好ましい。この割合は、具体的には例えば、50、60、70、80、90、95、100mol%であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。   The carrier fine particles 150 are preferably fine particles of an inorganic compound. The fine particles of the inorganic compound tend to be hydrophilic on the surface, and therefore, when forming the covering layer 140 using an ink containing a hydrophilic solvent, there is an advantage that the covering layer 140 tends to be uniform. The inorganic compound is preferably a rutile type oxide, and more preferably contains tin oxide or titanium oxide. The proportion of tin oxide or titanium oxide in the metal oxide contained in the carrier fine particles 150 is preferably 50 mol% or more. Specifically, this ratio is, for example, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 100 mol%, and may be in the range between any two of the numerical values exemplified here.

担体微粒子150は、ドープされていることが好ましく、無機化合物に含まれる金属とは、原子価の異なる元素がドープされていることが好ましい。無機化合物がスズやチタンなどの4価の金属を含む場合には、4価以外の元素がドープされていることが好ましい。4価以外の元素としては、イットリウムを代表とする希土類元素、ニオブ、タンタルを代表とする5属元素、タングステンを代表とする6属元素およびアンチモンを代表とする15属元素の中から少なくとも1つが選ばれる。このような元素でドーピングすることによって担体微粒子に対して導電性を付与することができる。このような元素のうち、ニオブ、タンタルを代表とする5属元素、又はタングステンを代表とする6属元素が好ましい。   The carrier fine particles 150 are preferably doped, and an element different in valence from the metal contained in the inorganic compound is preferably doped. When the inorganic compound contains a tetravalent metal such as tin or titanium, it is preferable that an element other than tetravalent be doped. As elements other than tetravalent elements, at least one of rare earth elements represented by yttrium, pentagonal elements represented by niobium and tantalum, hexavalent elements represented by tungsten and a group 15 element represented by antimony is preferred. To be elected. Conductivity can be imparted to the carrier fine particles by doping with such an element. Among such elements, a Group V element such as niobium and tantalum, or a Group 6 element such as tungsten is preferable.

前記担体粉末は、酸化スズを含む場合、見掛け密度が2〜3.8g/cmであることが好ましい。見掛け密度が小さすぎると担体粉末の剛性が不十分になり、大きすぎると担体粉末の表面積が小さくなりすぎる。見掛け密度は、具体的には例えば、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8g/cmであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。 When the carrier powder contains tin oxide, the apparent density is preferably 2 to 3.8 g / cm 3 . If the apparent density is too small, the rigidity of the carrier powder will be insufficient, and if it is too large, the surface area of the carrier powder will be too small. The apparent density is specifically, for example, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3, It is 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8 g / cm 3 , and the range between any two of the numerical values exemplified here It may be within.

担体粉末の導電率は、0.00001S/cm以上であることが好ましく、0.0001S/cm以上であることがさらに好ましい。この導電率は、例えば0.0001〜1000S/cmであり、具体的には例えば、0.0001、0.001、0.01、0.1、1、10、100、1000S/cmであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。導電率は、JIS規格(JIS K 7194)に基づいて測定することができる。   The conductivity of the carrier powder is preferably 0.00001 S / cm or more, more preferably 0.0001 S / cm or more. The conductivity is, for example, 0.0001 to 1000 S / cm, and specifically, for example, 0.0001, 0.001, 0.01, 0.1, 1, 10, 100, 1000 S / cm, It may be in the range between any two of the numerical values exemplified here. The conductivity can be measured based on the JIS standard (JIS K 7194).

担体微粒子150は、複数の結晶子120が鎖状に融着結合されて構成された鎖状部からなる分枝160を有しており、これ自身が電子を流す性質を備える。担体微粒子150は図1〜図4に示すように、複数の分枝160を持ち、分枝同士が互いにつながる分岐点(b1〜b7)を介して分枝同士がネットワークを組んだ状態となっており、これらの間は電気的に導電性の性質を有することになる。従って図1のP0点から点線で示した担体微粒子150の分枝160は、これ自体が電子伝導径路(電子伝導パス)140を構成している。   The carrier fine particle 150 has a branch 160 composed of a chain-like portion formed by fusion bonding of a plurality of crystallites 120 in a chain-like manner, and has a property of causing electrons to flow. As shown in FIGS. 1 to 4, the carrier fine particles 150 have a plurality of branches 160, and the branches form a network via branch points (b1 to b7) at which the branches are connected to each other. In addition, between them, it has an electrically conductive property. Therefore, the branch 160 of the carrier fine particle 150 shown by a dotted line from the point P0 in FIG. 1 itself constitutes the electron conduction path (electron conduction path) 140.

1−2.金属微粒子130
金属微粒子130は、触媒として機能しうる金属又は合金の微粒子である。担体粉末に担持される多数の金属微粒子130の平均粒径をDとすると、2.5≦D≦9nmであることが好ましく、2.5≦D≦4.9nmであることがさらに好ましい。平均粒径Dは、具体的には例えば、具体的には例えば、2.5、3、3.5、4、4.5、4.9、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9nmであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。金属微粒子130の平均粒径が2.5nm以上であれば、金属微粒子130が被覆層140に埋もれにくい。また9nm以下であれば電気化学的活性表面積が十分に大きくなり、4.9nm以下であれば電気化学的活性表面積がさらに小さくなり所望の電極性能が得られやすい。金属微粒子130の平均粒径Dは、透過電子顕微鏡にて、10nmの長さを0.8cm以上の大きさに拡大させる倍率でTEM画像を撮影し、TEM画像中での結晶子120と金属微粒子130との接触面が観察できる各金属微粒子130について、図5の模式図に示すように短径Sを測定し、その算術平均によって求めることができる。TEM画像は、例えば、日立ハイテクノロジーズ製の透過電子顕微鏡(HT7700 EXALENS搭載機)を用いて、タングステンフィラメントで、加速電圧120kVで撮影することができる。通常、TEM画像中のコントラストが最も高い粒子が金属微粒子130である。TEM画像に写っている金属微粒子130の数が500未満である場合には、撮影場所を変えて金属微粒子130の短径の測定を繰り返すことによって、500個以上の金属微粒子130についてのデータを得てから算出平均を行う。金属微粒子130の短径Sは、図5の模式図での、金属微粒子130の頂点から、金属微粒子130と担体微粒子150の界面までの距離に相当する。
1-2. Metal particles 130
The metal particles 130 are metal or alloy particles that can function as a catalyst. Assuming that the average particle diameter of the large number of metal particles 130 supported on the carrier powder is D, it is preferable that 2.5 ≦ D ≦ 9 nm, and more preferably 2.5 ≦ D ≦ 4.9 nm. The average particle diameter D is specifically, for example, specifically 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 4.9, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 9 nm, and may be in the range between any two of the numerical values exemplified here. If the average particle diameter of the metal particles 130 is 2.5 nm or more, the metal particles 130 are less likely to be buried in the coating layer 140. If it is 9 nm or less, the electrochemically active surface area is sufficiently large, and if it is 4.9 nm or less, the electrochemically active surface area is further reduced, and desired electrode performance is easily obtained. The average particle diameter D of the metal particles 130 is a transmission electron microscope, and a TEM image is taken at a magnification that enlarges the length of 10 nm to a size of 0.8 cm or more, and the crystallite 120 and the metal particles in the TEM image The minor axis S can be measured for each metal fine particle 130 where the contact surface with 130 can be observed, as shown in the schematic view of FIG. A TEM image can be taken with a tungsten filament at an acceleration voltage of 120 kV using, for example, a transmission electron microscope (HT7700 EXALENS mounting machine) manufactured by Hitachi High-Technologies. In general, the particles with the highest contrast in the TEM image are the metal particles 130. When the number of metal particles 130 in the TEM image is less than 500, data on 500 or more metal particles 130 is obtained by changing the imaging location and repeating the measurement of the short diameter of the metal particles 130. Then calculate the average. The minor diameter S of the metal particles 130 corresponds to the distance from the top of the metal particles 130 to the interface between the metal particles 130 and the carrier particles 150 in the schematic view of FIG. 5.

金属微粒子130は、触媒能を有する任意の金属又は合金で構成される。金属微粒子130は、貴金属のみ、又は貴金属と遷移金属の合金で構成されることが好ましい。金属微粒子130は、コアと、これを被覆するスキン層を備えてもよい。コアは、貴金属と遷移金属の合金を含むことが好ましい。スキン層は、貴金属を含むことが好ましい。貴金属としては、白金が好ましく、遷移元素としてはコバルト(Co)あるいはニッケル(Ni)が好ましく、特にコバルトが好適である。   The metal particles 130 are composed of any metal or alloy having a catalytic ability. The metal particles 130 are preferably made of only a noble metal or an alloy of a noble metal and a transition metal. The metal particles 130 may include a core and a skin layer covering the core. The core preferably comprises an alloy of a noble metal and a transition metal. The skin layer preferably contains a noble metal. As the noble metal, platinum is preferable, and as the transition element, cobalt (Co) or nickel (Ni) is preferable, and cobalt is particularly preferable.

金属微粒子130の担持量は、1〜50質量%が好ましく、5〜25質量%がさらに好ましい。この担持量は、具体的には例えば、1、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50質量%であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。   The amount of the metal fine particles 130 supported is preferably 1 to 50% by mass, and more preferably 5 to 25% by mass. Specifically, the supported amount is, for example, 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50% by mass, and the range between any two of the numerical values exemplified here It may be within.

担持金属触媒100の電気化学的活性表面積は、20m/g以上であることが好ましい。この表面積は、例えば20〜200m/gであり、具体的には例えば、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200m/gであり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。電気化学的活性表面積は、サイクリックボルタンメトリーによって求めることができる。 The electrochemically active surface area of the supported metal catalyst 100 is preferably 20 m 2 / g or more. The surface area is, for example, 20 to 200 m 2 / g, and specifically, for example, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200 m 2 / g, and may be in the range between any two of the numerical values exemplified here. The electrochemically active surface area can be determined by cyclic voltammetry.

1−3.被覆層140
被覆層140は、プロトン伝導性を有するポリマーで構成される。このようなポリマーの例としては、スルホ化されたテトラフルオロエチレンを基にしたフッ素樹脂の共重合体であるナフィオン(Nafion、デュポン社製)が挙げられる。
1-3. Coating layer 140
The covering layer 140 is made of a polymer having proton conductivity. An example of such a polymer is Nafion (Nafion, manufactured by DuPont), which is a copolymer of a fluorocarbon resin based on sulfonation tetrafluoroethylene.

被覆層140の平均厚さをdとすると、0.18≦d/D≦0.55であることが好ましく、0.18≦d/D≦0.32であることがさらに好ましく、0.20≦d/D≦0.32であることがさらに好ましい。この場合、金属微粒子130へのプロトン供給と酸素供給がスムーズになり、プロトンと酸素が必要なカソード反応が進みやすくなる。d/Dは、具体的には例えば、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、0.30、0.31、0.32、0.33、0.34、0.35、0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.50、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。   Assuming that the average thickness of the covering layer 140 is d, it is preferable that 0.18 ≦ d / D ≦ 0.55, and more preferably 0.18 ≦ d / D ≦ 0.32. It is further preferable that ≦ d / D ≦ 0.32. In this case, the supply of protons and the supply of oxygen to the metal fine particles 130 becomes smooth, and the cathode reaction that requires protons and oxygen can easily proceed. Specifically, d / D is, for example, 0.18, 0.19, 0.20, 0.21, 0.22, 0.23, 0.24, 0.25, 0.26, 0.27. , 0.28, 0.29, 0.30, 0.31, 0.32, 0.33, 0.34, 0.35, 0.36, 0.37, 0.38, 0.39, 0 .40, 0.41, 0.42, 0.43, 0.45, 0.46, 0.47, 0.48, 0.49, 0.50, 0.51, 0.52 0.53, 0.54, 0.55, and may be in the range between any two of the numerical values exemplified here.

被覆層140の平均厚さdは、以下の方法によって算出することができる。
(a)まず、透過電子顕微鏡にて、10nmの長さを0.8cm以上の大きさに拡大させる倍率でTEM画像を撮影する。TEM画像の撮影装置及び条件は、「1−2.金属微粒子130」で説明したものと同様である。通常、TEM画像中で最もコントラストが最も高い粒子が金属微粒子130であり、次にコントラストが高い粒子が結晶子120である。結晶子120を覆うコントラストが低い層が被覆層140である。
(b)TEM画像中での結晶子120と金属微粒子130との接触面が観察できる各金属微粒子130について、各金属微粒子130と結晶子120の接触面の端点P1,P2間の距離を長径Lとすると、端点P1,P2のそれぞれから長径L分だけ離れた位置Q1,Q2において、結晶子120と被覆層140の界面から、被覆層140の表面までの距離T1,T2を測定し、被覆層140の厚さとする。
(c)100箇所以上において被覆層140の厚さを測定し、その算術平均を被覆層140の平均厚さとする。
The average thickness d of the covering layer 140 can be calculated by the following method.
(A) First, with a transmission electron microscope, a TEM image is taken at a magnification that enlarges the length of 10 nm to a size of 0.8 cm or more. The imaging apparatus and conditions of the TEM image are the same as those described in "1-2. Metal fine particles 130". In general, the particle with the highest contrast in the TEM image is the fine metal particle 130, and the particle with the second highest contrast is the crystallite 120. The low contrast layer covering the crystallite 120 is the covering layer 140.
(B) The distance between the end points P1 and P2 of the contact surface between each metal particle 130 and the crystallite 120 for each metal particle 130 where the contact surface between the crystallite 120 and the metal particle 130 in the TEM image can be observed Then, distances T1 and T2 from the interface of crystallite 120 and covering layer 140 to the surface of covering layer 140 are measured at positions Q1 and Q2 separated from each of end points P1 and P2 by major axis L, respectively. The thickness is 140.
(C) Measure the thickness of the covering layer 140 at 100 or more places, and let the arithmetic mean be the average thickness of the covering layer 140.

2.燃料電池200
図7に本発明の燃料電池のモデル図を示す。図7において、燃料電池(燃料電池セル)200は、電解質膜230を挟んでアノード201側の触媒層220A、ガス拡散層210Aとカソード202側の触媒層220K、ガス拡散層210Kがそれぞれ対向するように構成される。アノード側ガス拡散層210A、アノード側触媒層220A、電解質膜230、カソード側触媒層220K、カソード側ガス拡散層210Kがこの順に並ぶ構成である。カソード側の触媒層220Kは、担持金属触媒100を含む。アノード側の触媒層220Aも担持金属触媒100を含んでもよいが、別の触媒を含んでもよい。固体高分子形燃料電池200のアノード201とカソード202の間に負荷203を接続することにより、負荷203に対し電力を出力する。
2. Fuel cell 200
FIG. 7 shows a model of the fuel cell of the present invention. In FIG. 7, in the fuel cell (fuel cell) 200, the catalyst layer 220A on the anode 201 side, the gas diffusion layer 210A and the catalyst layer 220K on the cathode 202 side, and the gas diffusion layer 210K face each other across the electrolyte membrane 230. Configured The anode gas diffusion layer 210A, the anode catalyst layer 220A, the electrolyte membrane 230, the cathode catalyst layer 220K, and the cathode gas diffusion layer 210K are arranged in this order. The catalyst layer 220 K on the cathode side includes the supported metal catalyst 100. The catalyst layer 220A on the anode side may also include the supported metal catalyst 100, but may include another catalyst. By connecting the load 203 between the anode 201 and the cathode 202 of the polymer electrolyte fuel cell 200, power is output to the load 203.

3.担体粉末の製造方法
まず、図8〜図11を用いて、担体粉末の製造に利用可能な製造装置1について説明する。製造装置1は、バーナー2と、原料供給部3と、反応筒4と、回収器5と、ガス貯留部6を備える。原料供給部3は、外筒13と、原料流通筒23を備える。
3. Method of Manufacturing Carrier Powder First, the manufacturing apparatus 1 that can be used for manufacturing the carrier powder will be described with reference to FIGS. 8 to 11. The manufacturing apparatus 1 includes a burner 2, a raw material supply unit 3, a reaction cylinder 4, a recovery unit 5, and a gas storage unit 6. The raw material supply unit 3 includes an outer cylinder 13 and a raw material distribution cylinder 23.

バーナー2は、筒状であり、原料供給部3は、バーナー2の内部に配置されている。バーナー2と外筒13の間にバーナーガス2aが流通される。バーナーガス2aは、着火により、バーナー2の先端に火炎7を形成するために用いられる。火炎7によって、1000℃以上の高温領域が形成される。バーナーガス2aは、プロパン、メタン、アセチレン、水素もしくは亜酸化窒素等の可燃性ガスを含むことが好ましい。一例では、バーナーガス2aとして、酸素及びプロパンの混合ガスを用いることができる。高温領域の温度は、例えば1000〜2000℃であり、具体的には例えば、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000℃であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。   The burner 2 is cylindrical, and the raw material supply unit 3 is disposed inside the burner 2. The burner gas 2 a is circulated between the burner 2 and the outer cylinder 13. The burner gas 2 a is used to form a flame 7 at the tip of the burner 2 by ignition. The flame 7 forms a high temperature region of 1000 ° C. or higher. The burner gas 2a preferably contains a flammable gas such as propane, methane, acetylene, hydrogen or nitrous oxide. In one example, a mixed gas of oxygen and propane can be used as the burner gas 2a. The temperature of the high temperature region is, for example, 1000 to 2000 ° C., and specifically, for example, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000 ° C., the numerical values exemplified here It may be in the range between any two.

原料流通筒23には、担体粉末を生成するための原料溶液23aが流通される。原料溶液23aとしては、担体微粒子150を構成する無機化合物に含まれる金属の化合物を含むものが用いられる。無機化合物が酸化スズ又は酸化チタンである場合には、スズ又はチタン化合物を含むものが用いられる。スズ又はチタン化合物としては、脂肪酸スズ又はチタンが例示される。脂肪酸の炭素数は、例えば2〜20であり、4〜15が好ましく、6〜12がさらに好ましい。脂肪酸スズ又はチタンとしては、オクチル酸スズ又はチタンが好ましい。原料溶液23aには、担体微粒子150をドーピングするための金属化合物を含んでもよい。金属化合物としては、脂肪酸金属(Nb,Ta,Wなど)塩が例示される。脂肪酸の炭素数は、例えば2〜20であり、4〜15が好ましく、6〜12がさらに好ましい。脂肪酸金属塩としては、オクチル酸ニオブ、オクチル酸タンタル、オクチル酸タングステンが好ましい。スズ又はチタン化合物:金属化合物のモル比は、担体粉末の導電率を高めるべく、適宜決定されるが、例えば、0.8:0.2〜0.99:0.01が好ましい。   A raw material solution 23 a for producing carrier powder is circulated in the raw material flow cylinder 23. As the raw material solution 23a, one containing a compound of a metal contained in the inorganic compound constituting the carrier fine particles 150 is used. When the inorganic compound is tin oxide or titanium oxide, one containing tin or a titanium compound is used. Examples of tin or titanium compounds include fatty acid tin or titanium. The carbon number of the fatty acid is, for example, 2 to 20, preferably 4 to 15, and more preferably 6 to 12. As fatty acid tin or titanium, tin octylate or titanium is preferred. The raw material solution 23 a may contain a metal compound for doping the carrier fine particles 150. As a metal compound, fatty acid metal (Nb, Ta, W etc.) salt is illustrated. The carbon number of the fatty acid is, for example, 2 to 20, preferably 4 to 15, and more preferably 6 to 12. Preferred fatty acid metal salts are niobium octylate, tantalum octylate and tungsten octylate. The molar ratio of tin or titanium compound: metal compound is appropriately determined in order to increase the conductivity of the carrier powder, but for example, 0.8: 0.2 to 0.99: 0.01 is preferable.

原料溶液23a中において、スズ又はチタン化合物は、非水溶媒中に溶解又は分散されることが好ましい。非水溶媒としては、ターペンを代表とする有機溶媒が挙げられる。原料溶液23a中に水分が含まれていると、脂肪酸スズ又はチタンが加水分解されて劣化する場合がある。脂肪酸スズ又はチタンの加水分解を防ぐべく、原料溶液23aは、水の含有量が100ppm以下であることが好ましく、50ppm以下であることがさらに好ましい。   In the raw material solution 23a, the tin or titanium compound is preferably dissolved or dispersed in a non-aqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include organic solvents represented by terpene. If water is contained in the raw material solution 23a, fatty acid tin or titanium may be hydrolyzed and degraded. In order to prevent hydrolysis of fatty acid tin or titanium, the content of water of the raw material solution 23a is preferably 100 ppm or less, and more preferably 50 ppm or less.

外筒13と原料流通筒23の間には、原料溶液23aのミスト化に用いられるミスト化ガス13aが流通される。ミスト化ガス13aと原料溶液23aを原料供給部3の先端から一緒に噴出させると、原料溶液23aがミスト化される。原料溶液23aのミスト23bは、火炎7中に噴霧され、原料溶液23a中のスズ又はチタン化合物が火炎7中で熱分解反応して結晶子120が鎖状に融着結合されて構成された鎖状部を有する担体微粒子150の集合体である担体粉末が生成される。ミスト化ガス13aは、一例では、酸素である。   Between the outer cylinder 13 and the raw material flow cylinder 23, misting gas 13a used for mist formation of the raw material solution 23a is circulated. When the misting gas 13a and the raw material solution 23a are ejected together from the tip of the raw material supply unit 3, the raw material solution 23a is misted. The mist 23b of the raw material solution 23a is sprayed into the flame 7, and the tin or titanium compound in the raw material solution 23 is thermally decomposed in the flame 7 to form a chain formed by fusion bonding of the crystallites 120 in a chain. A carrier powder which is an aggregate of the carrier fine particles 150 having the shape-like portion is produced. The misting gas 13a is oxygen in one example.

反応筒4は、回収器5とガス貯留部6の間に設けられている。反応筒4内に火炎7が形成される。回収器5にはフィルタ5aと、ガス排出部5bが設けられている。ガス排出部5bには陰圧が加えられる。このため、回収器5及び反応筒4内にガス排出部5bに向かう気流が生成される。   The reaction tube 4 is provided between the recovery unit 5 and the gas storage unit 6. A flame 7 is formed in the reaction tube 4. The recovery unit 5 is provided with a filter 5a and a gas discharge unit 5b. Negative pressure is applied to the gas discharge part 5b. For this reason, an air flow toward the gas discharge unit 5 b is generated in the recovery unit 5 and the reaction cylinder 4.

ガス貯留部6は、筒状であり、冷却ガス導入部6aと、スリット6bを備える。冷却ガス導入部6aから冷却ガス6gがガス貯留部6内に導入される。冷却ガス導入部6aは、ガス貯留部6の内周壁6cの接線に沿った方向に向けられているので、冷却ガス導入部6aを通じてガス貯留部6内に導入された冷却ガス6gは、内周壁6cに沿って旋回する。ガス貯留部6の中央にはバーナー挿通孔6dが設けられている。バーナー挿通孔6dにはバーナー2が挿通される。スリット6bは、バーナー挿通孔6dに隣接した位置に、バーナー挿通孔6dを取り囲むように設けられている。このため、バーナー挿通孔6dにバーナー2を挿通させた状態では、スリット6bは、バーナー2を取り囲むように設けられる。ガス貯留部6内の冷却ガス6gは、ガス排出部5bに加えられた陰圧によって駆動されて、スリット6bから反応筒4に向けて排出される。冷却ガス6gは、生成された酸化スズ又はチタンを冷却可能なものであればよく、不活性ガスが好ましく、例えば空気である。冷却ガス6gの流速は、バーナーガス2aの流速の2倍以上が好ましい。冷却ガス6gの流速の上限は、特に規定されないが、例えば、バーナーガス2aの流速の1000倍である。冷却ガス6gの流速/バーナーガス2aの流速は、例えば2〜1000であり、具体的には例えば、2、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、100、200、500、1000であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。なお、本実施形態では、ガス排出部5bに陰圧を加えて冷却ガス6gを流しているが、冷却ガス導入部6aに陽圧を加えて冷却ガス6gを流すようにしてもよい。   The gas storage portion 6 is cylindrical, and includes a cooling gas introduction portion 6a and a slit 6b. Cooling gas 6 g is introduced into the gas storage unit 6 from the cooling gas introduction unit 6 a. Since the cooling gas introduction part 6a is directed in the direction along the tangent of the inner peripheral wall 6c of the gas storage part 6, the cooling gas 6g introduced into the gas storage part 6 through the cooling gas introduction part 6a is the inner peripheral wall Turn along 6c. A burner insertion hole 6 d is provided at the center of the gas storage portion 6. The burner 2 is inserted into the burner insertion hole 6d. The slit 6 b is provided at a position adjacent to the burner insertion hole 6 d so as to surround the burner insertion hole 6 d. For this reason, the slit 6 b is provided so as to surround the burner 2 in a state in which the burner 2 is inserted into the burner insertion hole 6 d. The cooling gas 6g in the gas storage unit 6 is driven by the negative pressure applied to the gas discharge unit 5b and discharged from the slit 6b toward the reaction cylinder 4. The cooling gas 6 g may be any one capable of cooling the produced tin oxide or titanium, and is preferably an inert gas, for example, air. The flow rate of the cooling gas 6 g is preferably twice or more the flow rate of the burner gas 2 a. The upper limit of the flow rate of the cooling gas 6 g is not particularly defined, but is, for example, 1000 times the flow rate of the burner gas 2 a. The flow rate of the cooling gas 6 g / the flow rate of the burner gas 2 a is, for example, 2 to 1000, and specifically, for example, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 100, 200, 500, 1000, and may be in the range between any two of the numerical values exemplified here. In the present embodiment, a negative pressure is applied to the gas discharge part 5b to flow the cooling gas 6g, but a positive pressure may be applied to the cooling gas introduction part 6a to flow the cooling gas 6g.

本発明では、スリット6bを通じて火炎7の周囲に冷却ガス6gを供給しているので、冷却ガス6gが層流になって火炎7の周囲を流れる。このために、ミスト23b,結晶子120、及び担体微粒子150が冷却ガス6gによって撹乱されず、火炎7に沿って移動しながら火炎7によって十分に加熱されて反応が進むので、担体微粒子150が効率的に製造可能である。また、担体微粒子150が火炎7から出た後は担体微粒子150が冷却ガス6gによって即座に冷却されるので、鎖状部を有する構造が維持される。冷却された担体微粒子150は、フィルタ5aによって捕捉されて回収される。   In the present invention, since the cooling gas 6g is supplied around the flame 7 through the slit 6b, the cooling gas 6g flows in a laminar flow around the flame 7. For this reason, since the mist 23b, the crystallite 120 and the carrier fine particles 150 are not disturbed by the cooling gas 6g, they are sufficiently heated by the flame 7 while moving along the flame 7, and the reaction proceeds. Production. In addition, after the carrier fine particles 150 leave the flame 7, the carrier fine particles 150 are immediately cooled by the cooling gas 6g, so that a structure having a chain portion is maintained. The cooled carrier fine particles 150 are captured and collected by the filter 5a.

本発明では、担体微粒子150の集合体である担体粉末は、製造装置1を用い、バーナー2の先端に火炎7によって1000℃以上の高温領域を形成し、スリット6bを通じて冷却ガス6gを高温領域の周囲に供給しつつ、この高温領域においてスズ又はチタン化合物を熱分解反応させることによって製造することができる。高温領域は、火炎7以外にも、プラズマなどによって形成してもよい。   In the present invention, the carrier powder which is an aggregate of the carrier fine particles 150 forms a high temperature region of 1000 ° C. or more at the tip of the burner 2 by the flame 7 using the manufacturing apparatus 1 and It can manufacture by thermally decomposing tin or a titanium compound in this high temperature area | region, supplying to the environment. The high temperature region may be formed by plasma or the like other than the flame 7.

4.担持金属触媒100の製造方法
担持金属触媒100の製造方法は、担持工程と、還元工程と、混合工程を備える。これらの工程を順に行ってもよく、金属微粒子130が担体粉末に担持されて構成される構造体を予め準備した上で、混合工程のみを行ってもよい。
4. Method of Producing Supported Metal Catalyst 100 The method of producing the supported metal catalyst 100 includes a supporting step, a reducing step, and a mixing step. These steps may be sequentially performed, or only the mixing step may be performed after preparing a structure in which the metal fine particles 130 are supported on the carrier powder.

<担持工程>
担持工程では、担体粉末に金属微粒子130を担持させる。この担持は、逆ミセル法、コロイド法、含浸法などの手法を用いて行うことができる。コロイド法では、担持工程は、吸着工程と、熱処理工程を備える。
<Supporting process>
In the supporting step, the metal powder 130 is supported on the carrier powder. This loading can be carried out using a reverse micelle method, a colloid method, an impregnation method or the like. In the colloid method, the loading step comprises an adsorption step and a heat treatment step.

吸着工程では、担体粉末に金属コロイド粒子を吸着させる。より具体的には、コロイド法で合成した金属コロイド粒子を水溶液中に分散させた分散液を調製し、前記分散液中に金属コロイド粒子を添加及び混合することで、担体粉末表面に前記コロイド粒子を吸着させる。コロイド粒子を吸着させた担体粉末はろ過と乾燥を経て、分散媒と分離することができる。   In the adsorption step, metal colloid particles are adsorbed to the carrier powder. More specifically, a dispersion liquid in which metal colloid particles synthesized by a colloid method are dispersed in an aqueous solution is prepared, and the metal colloid particles are added to and mixed with the dispersion liquid to form the colloid particles on the carrier powder surface. Adsorb. The carrier powder to which the colloidal particles are adsorbed can be separated from the dispersion medium through filtration and drying.

熱処理工程では、吸着工程の後に、熱処理を行って金属コロイド粒子を金属微粒子130に変化させる。この熱処理は、担体微粒子を構成する無機化合物の種類によって異なるが、無機化合物が酸化スズを含む場合は、300〜1000℃で行うことが好ましい。無機化合物が酸化チタンを含む場合は、800〜1500℃で行うことが好ましい。   In the heat treatment step, after the adsorption step, heat treatment is performed to convert the metal colloid particles into metal fine particles 130. Although this heat processing changes with kinds of inorganic compound which constitutes carrier particulates, when an inorganic compound contains tin oxide, it is preferred to carry out at 300-1000 ° C. When an inorganic compound contains a titanium oxide, it is preferable to carry out at 800-1500 degreeC.

熱処理時間は、例えば0.1〜20時間であり、0.5〜5時間が好ましい。この時間は、具体的には例えば、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20時間であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。   The heat treatment time is, for example, 0.1 to 20 hours, preferably 0.5 to 5 hours. Specifically, this time is, for example, 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20 hours, and the numerical values exemplified here It may be in the range between any two.

熱処理は、窒素などの不活性ガス雰囲気下や1〜4%の水素を含む不活性ガス雰囲気下で行うことができる。   The heat treatment can be performed under an inert gas atmosphere such as nitrogen or under an inert gas atmosphere containing 1 to 4% hydrogen.

<還元工程>
還元工程では、熱処理工程の後に、金属微粒子130の還元処理が行われる。還元処理は、水素などの還元性ガスを含む還元性雰囲気下で、熱処理を行うことによって行うことができる。
<Reduction process>
In the reduction step, a reduction treatment of the metal fine particles 130 is performed after the heat treatment step. The reduction treatment can be performed by heat treatment in a reducing atmosphere containing a reducing gas such as hydrogen.

この熱処理の温度は、例えば70〜300℃であり、100〜200℃が好ましい。この温度は、例えば具体的には例えば、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、250、300℃であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。   The temperature of this heat treatment is, for example, 70 to 300 ° C, preferably 100 to 200 ° C. This temperature is, for example, specifically, for example, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 250, 300 ° C., as exemplified here. It may be in the range between any two of the numerical values.

この熱処理の時間は、例えば0.01〜20時間であり、0.1〜5時間が好ましい。この時間は、具体的には例えば、0.01、0.05、0.1、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20時間であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。   The time of this heat treatment is, for example, 0.01 to 20 hours, preferably 0.1 to 5 hours. Specifically, this time is, for example, 0.01, 0.05, 0.1, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20 hours. And may be in the range between any two of the numerical values exemplified here.

還元性ガスが水素である場合、その濃度は、例えば0.1〜100体積%であり、0.2〜10体積%が好ましく、0.5〜3体積%がさらに好ましい。この濃度は、具体的には例えば、0.1、0.2、0.5、1、1.5、2、2.5、3、10、100体積%であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。   When the reducing gas is hydrogen, its concentration is, for example, 0.1 to 100% by volume, preferably 0.2 to 10% by volume, and more preferably 0.5 to 3% by volume. Specifically, this concentration is, for example, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 10, 100% by volume, and the numerical values exemplified here It may be in the range between any two.

担持工程での熱処理後の金属微粒子130は、酸化された状態になっている場合があり、その場合、金属微粒子130が触媒活性を示さない場合がある。この場合、金属微粒子130の還元を行うことによってその触媒活性を高めることができる。   The metal fine particles 130 after the heat treatment in the supporting step may be in an oxidized state, in which case the metal fine particles 130 may not exhibit catalytic activity. In this case, the catalytic activity can be enhanced by reducing the metal fine particles 130.

<混合工程>
混合工程では、担持工程及び還元工程によって得られた構造体(金属微粒子130が担体粉末に担持されて構成される構造体)と、プロトン伝導性を有するポリマーを含有するインクとを混合する。これによって担体粉末を構成する担体微粒子150上に被覆層140を形成することができる。
<Mixing process>
In the mixing step, the structure obtained by the loading step and the reduction step (a structure in which the metal fine particles 130 are supported on the carrier powder) is mixed with an ink containing a polymer having proton conductivity. Thus, the coating layer 140 can be formed on the carrier fine particles 150 constituting the carrier powder.

被覆層140の厚さは、担体粉末の体積Sとポリマーの体積Iの割合(I/S)を変えることによって調整することができるので、金属微粒子130のサイズに応じてI/Sを適切な値に設定することによって、「1.担持金属触媒100」で説明した担持金属触媒100を得ることができる。S及びIは、それぞれ、担体粉末及びポリマーの乾燥重量を密度で除することによって算出可能である。   Since the thickness of the coating layer 140 can be adjusted by changing the ratio (I / S) of the volume S of the carrier powder to the volume I of the polymer, the I / S should be appropriate according to the size of the metal fine particles 130. By setting the value to a value, the supported metal catalyst 100 described in “1. Supported metal catalyst 100” can be obtained. S and I can be calculated by dividing the dry weight of carrier powder and polymer by density, respectively.

I/Sは、特に限定されないが、例えば0.01≦I/S<0.2であり、0.07≦I/S≦0.18が好ましい。I/Sは、具体的には例えば、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.195であり、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。   Although I / S is not particularly limited, for example, 0.01 ≦ I / S <0.2, and preferably 0.07 ≦ I / S ≦ 0.18. Specifically, I / S is, for example, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04, 0.05, 0.06, 0.07, 0.08, 0.09, 0.10. 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.195, and any of the numerical values exemplified here It may be in the range between or two.

インクは、親水性溶媒を含むことが好ましい。親水性溶媒としては、水、アルコール、又はこれらの混合溶媒が挙げられる。アルコールとしては、メタノール、エタノール、イソプロパノール等が挙げられる。担体微粒子150を構成する無機化合物の表面が親水性になりやすいので、親水性溶媒を含むインクを用いて、プロトン伝導性を有するポリマーの被覆層140を形成することによって、被覆層140の厚さを均一化することができる。   The ink preferably contains a hydrophilic solvent. As a hydrophilic solvent, water, alcohol, or these mixed solvents are mentioned. Examples of the alcohol include methanol, ethanol and isopropanol. Since the surface of the inorganic compound constituting the carrier fine particles 150 tends to be hydrophilic, the thickness of the coating layer 140 can be obtained by forming the coating layer 140 of a polymer having proton conductivity using an ink containing a hydrophilic solvent. Can be made uniform.

構造体とインクを混合する前に、親水化処理を施してもよい。親水化処理としては、構造体と親水性溶媒を混合する方法が挙げられる。親水性溶媒の説明は、上述した通りである。親水化処理を施すことによって、担体粉末表面での水やOH基の存在量が増大して、担体粉末の親水性が向上して、被覆層140の厚さがより均一になりやすくなる。   A hydrophilization treatment may be performed before mixing the structure and the ink. Examples of the hydrophilization treatment include a method of mixing a structure and a hydrophilic solvent. The description of the hydrophilic solvent is as described above. By performing the hydrophilization treatment, the amount of water and OH groups present on the carrier powder surface is increased, the hydrophilicity of the carrier powder is improved, and the thickness of the coating layer 140 tends to be more uniform.

以下に示す方法で担持金属触媒を製造し、各種評価を行った。   The supported metal catalyst was manufactured by the method shown below, and various evaluations were performed.

1.担持金属触媒100の製造
(担体粉末の製造)
図8〜図11に示す製造装置1を用いて、担体粉末の製造を行った。バーナーガス2aとしては、酸素5L/分、プロパンガス1L/分を混合したガスを用い、このガスに着火してバーナー2の先端に1600℃以上の火炎(化学炎)7を形成した。原料溶液23aとしては、オクチル酸スズおよびオクチル酸ニオブをモル比で0.95:0.05の割合でミネラルスプリットターペンに混合し、溶解させたものを用いた。ミスト化ガス13aとしては、酸素を用いた。9L/分のミスト化ガス13aと、3g/分の原料溶液23aを混合し、スプレーノズル(アトマイザー)である原料供給部3の先端から火炎中心部分に噴霧し、燃焼させ、担体微粒子150の集合体である担体粉末を生成させた。その際、ガス排出部5bを負圧にすることによって、スリット6bから空気を170L/分の流量で吸引することで、生成した担体粉末を回収器5(フィルタ5a付き)に回収した。原料供給部3は、二重管構造(全長322.3mm)からなり外筒13から酸素ガス、原料流通筒23には原料溶液23aが供給され、原料流通筒23先端にはフルイドノズル、エアノズルがあり、そこで、原料溶液23aをミスト23bにした。担体粉末の回収量は60分間の運転で10g以上であった。
1. Production of Supported Metal Catalyst 100 (Production of Carrier Powder)
The carrier powder was manufactured using the manufacturing apparatus 1 shown in FIGS. As the burner gas 2a, a gas obtained by mixing 5 L / min of oxygen and 1 L / min of propane gas was used, and this gas was ignited to form a flame (chemical flame) 7 of 1600 ° C. or more at the tip of the burner 2. As the raw material solution 23a, a solution obtained by mixing and dissolving tin octylate and niobium octylate in a molar ratio of 0.95: 0.05 in a mineral split terpene was used. Oxygen was used as the misting gas 13a. 9 L / min of misting gas 13a and 3 g / min of raw material solution 23a are mixed and sprayed from the tip of raw material supply unit 3 which is a spray nozzle (atomizer) to the flame center to burn and aggregate carrier fine particles 150 A body of carrier powder was produced. At that time, by making the gas discharge part 5b negative pressure, air was sucked from the slit 6b at a flow rate of 170 L / min, and the generated carrier powder was collected in the collection device 5 (with the filter 5a). The raw material supply unit 3 has a double pipe structure (total length 322.3 mm) and is supplied with oxygen gas from the outer cylinder 13, the raw material solution 23 a is supplied to the raw material circulation cylinder 23, and a fluid nozzle and an air nozzle are provided at the tip of the raw material circulation cylinder 23. There, the raw material solution 23a was turned into mist 23b. The amount of carrier powder recovered was 10 g or more after 60 minutes of operation.

(金属微粒子130の担持及び還元)
次に、以下の手順に従って、金属微粒子130を担体粉末に担持させた。
(Support and reduction of metal particles 130)
Next, the metal fine particles 130 were supported on the carrier powder according to the following procedure.

まず、塩化白金酸六水和物水溶液0.57mLを38mlの超純水に溶解させ、更に炭酸ナトリウム1.76gを加え撹拌した。   First, 0.57 mL of chloroplatinic acid hexahydrate aqueous solution was dissolved in 38 ml of ultrapure water, and 1.76 g of sodium carbonate was further added and stirred.

その溶液を150mlの水で希釈し、NaOHを用いて溶液のpHを5に調整した。その後、過酸化水素を25ml加え、NaOHでpHを5に再調整した。   The solution was diluted with 150 ml of water and the pH of the solution was adjusted to 5 with NaOH. Thereafter, 25 ml of hydrogen peroxide was added and the pH was readjusted to 5 with NaOH.

その分散液に15mLの超純水に0.50gの担体粉末を分散させた分散液を加え、90℃にて3時間撹拌した。室温まで冷却した後、濾過及び超純水及びアルコールでの洗浄を行い、80℃にて一晩乾燥した後、空気中において800℃で2時間の熱処理行って金属微粒子130を担体粉末に担持させ、その後、1%水素中において150℃で2時間の熱処理を行って金属微粒子130を還元した。以上の工程によって、金属微粒子130が担体粉末に担持された構造体(Pt/Nb−SnO触媒)が得られた。 A dispersion obtained by dispersing 0.50 g of the carrier powder in 15 mL of ultrapure water was added to the dispersion, and the mixture was stirred at 90 ° C. for 3 hours. After cooling to room temperature, filtration, washing with ultrapure water and alcohol, drying at 80 ° C. overnight, heat treatment at 800 ° C. in air for 2 hours to support metal fine particles 130 on carrier powder Then, heat treatment was performed at 150 ° C. for 2 hours in 1% hydrogen to reduce the metal fine particles 130. Through the above steps, a structure (Pt / Nb-SnO 2 catalyst) in which the metal fine particles 130 are supported on the carrier powder was obtained.

(被覆層140の形成)
上記工程で得られた構造体を1.0gと、1.820gの水と、1.789gのエタノールを秤量し、遊星ボールミル混合を行った。混合は、270rpm、30分間、45mlのジルコニアポット、5mmφのジルコニアボール10個の条件で行った。
(Formation of covering layer 140)
1.0 g of the structure obtained in the above process, 1.820 g of water, and 1.789 g of ethanol were weighed, and planetary ball mill mixing was performed. The mixing was performed at 270 rpm for 30 minutes under the conditions of 45 ml zirconia pots and 10 pieces of 5 mm diameter zirconia balls.

次に、5質量%のナフィオン含有のアルコール-水混合溶液(以下、「ナフィオン溶液))を上記ジルコニアポット中に追加して、270rpm、30分間の遊星ボールミル混合を行った。ナフィオン溶液は、サンプルごとにI/Sの値が異なるように添加した。   Next, an alcohol-water mixed solution containing 5% by mass of Nafion (hereinafter referred to as "Nafion solution") was added to the above zirconia pot, and planetary ball mixing was carried out at 270 rpm for 30 minutes. It added so that the value of I / S might differ for every.

2.各種評価
<BET比表面積>
上記担体粉末について、BETによる比表面積を測定したところ、31m/gであった。
2. Various evaluations <BET specific surface area>
It was 31 m < 2 > / g when the specific surface area by BET was measured about the said carrier powder.

<見掛け密度>
上記担体粉末について、一軸加圧法(プレス圧:20kg/cm)により成型したサンプルの見かけ密度を測定したところ、3.6g/cmであった。
<Apparent density>
It was 3.6 g / cm < 3 > when the apparent density of the sample shape | molded by the uniaxial pressurization method (press pressure: 20 kg / cm < 2 >) was measured about the said carrier powder.

<XRDパターン>
上記担体粉末についてXRDパターンを測定したところ、ルチル相に起因するピークが観察された。また、結晶子の平均粒径は、15nmであった。
<XRD pattern>
When the XRD pattern was measured about the said carrier powder, the peak resulting from a rutile phase was observed. In addition, the average particle diameter of the crystallites was 15 nm.

<TEM画像による解析>
I/S=0.12であるサンプルについて、透過電子顕微鏡にて、10nmの長さを0.8cm以上の大きさに拡大させる倍率でTEM画像を撮影した。TEM画像は、日立ハイテクノロジーズ製の透過電子顕微鏡(HT7700 EXALENS搭載機)を用いて、タングステンフィラメントで、加速電圧120kVで撮影した。このTEM画像を図12に示す。図12と同様のTEM画像を多数撮影し、これらのTEM画像に基づいて、「1−1.担体微粒子150及び担体粉末」で説明した方法に従って、金属微粒子130の平均粒径D、及び被覆層140の平均厚さdを算出した。
<Analysis by TEM image>
For the sample with I / S = 0.12, a TEM image was taken with a transmission electron microscope at a magnification that enlarged the length of 10 nm to a size of 0.8 cm or more. The TEM image was taken with a tungsten filament at an accelerating voltage of 120 kV using a transmission electron microscope (HT7700 EXALENS mounting machine) manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation. This TEM image is shown in FIG. A large number of TEM images similar to FIG. 12 are taken, and based on these TEM images, the average particle diameter D of the metal particles 130, and the coating layer, according to the method described in “1-1. The average thickness d of 140 was calculated.

また、I/Sが異なる別のサンプルについても同様の方法によって、金属微粒子130の平均粒径D、及び被覆層140の平均厚さdを算出した。その結果を表1に示す。   Moreover, the average particle diameter D of the metal microparticle 130 and the average thickness d of the coating layer 140 were computed by the same method also about another sample from which I / S differs. The results are shown in Table 1.

表1に示すように、0.18≦d/D≦0.55である場合に、質量活性が高く、0.18≦d/D≦0.32である場合に、質量活性が特に高く、0.20≦d/D≦0.32である場合に、質量活性がさらに高かった。   As shown in Table 1, the mass activity is high when 0.18 ≦ d / D ≦ 0.55, and particularly high when 0.18 ≦ d / D ≦ 0.32. The mass activity was higher when 0.20 ≦ d / D ≦ 0.32.

1 :製造装置
2 :バーナー
2a :バーナーガス
3 :原料供給部
4 :反応筒
5 :回収器
5a :フィルタ
5b :ガス排出部
6 :ガス貯留部
6a :冷却ガス導入部
6b :スリット
6c :内周壁
6d :バーナー挿通孔
6g :冷却ガス
7 :火炎
13 :外筒
13a :ミスト化ガス
23 :原料流通筒
23a :原料溶液
23b :ミスト
100 :担持金属触媒
110 :空隙
120 :結晶子
130 :金属微粒子
140 :被覆層
150 :担体微粒子
160 :分枝
200 :固体高分子形燃料電池
201 :アノード
202 :カソード
203 :負荷
210A :アノード側ガス拡散層
210K :カソード側ガス拡散層
220A :アノード側触媒層
220K :カソード側触媒層
230 :電解質膜
1: Manufacturing device 2: Burner 2a: Burner gas 3: Raw material supply unit 4: Reaction tube 5: Recovery device 5a: Filter 5b: Gas discharge unit 6: Gas storage unit 6a: Cooling gas introduction unit 6b: Slit 6c: Inner peripheral wall 6d: burner insertion hole 6g: cooling gas 7: flame 13: outer cylinder 13a: mist forming gas 23: raw material flow cylinder 23a: raw material solution 23b: mist 100: supported metal catalyst 110: void 120: crystallite 130: metal fine particles 140 A: Coating layer 150: Carrier fine particles 160: Branch 200: solid polymer fuel cell 201: Anode 202: Cathode 203: Load 210A: Anode side gas diffusion layer 210K: Cathode side gas diffusion layer 220A: Anode side catalyst layer 220K: Cathode side catalyst layer 230: electrolyte membrane

Claims (22)

担体微粒子の集合体である担体粉末と、前記担体粉末に担持された金属微粒子と、前記担体微粒子を被覆するように形成された被覆層を備え、
前記被覆層は、プロトン伝導性を有するポリマーで構成され、
前記被覆層の平均厚さをdとし、前記金属微粒子の平均粒径をDとすると、以下の条件(1)〜(2)の少なくとも一方が充足される、担持金属触媒。
(1)0.18≦d/D≦0.32
(2)0.18≦d/D≦0.55であり、かつ2.5nm≦D≦4.9nm
A carrier powder which is an aggregate of carrier fine particles, metal fine particles carried on the carrier powder, and a covering layer formed to cover the carrier fine particles,
The covering layer is composed of a polymer having proton conductivity,
A supported metal catalyst satisfying at least one of the following conditions (1) to (2), where d is an average thickness of the coating layer and D is an average particle diameter of the metal fine particles.
(1) 0.18 ≦ d / D ≦ 0.32
(2) 0.18 ≦ d / D ≦ 0.55, and 2.5 nm ≦ D ≦ 4.9 nm
請求項1に記載の担持金属触媒であって、
0.20≦d/D≦0.32である、担持金属触媒。
A supported metal catalyst according to claim 1, wherein
Supported metal catalyst, wherein 0.20 ≦ d / D ≦ 0.32.
請求項1又は請求項2に記載の担持金属触媒であって、
2.5nm≦D≦9nmである、担持金属触媒。
The supported metal catalyst according to claim 1 or 2, wherein
Supported metal catalyst, wherein 2.5 nm ≦ D ≦ 9 nm.
請求項3に記載の担持金属触媒であって、
2.5nm≦D≦4.9nmである、担持金属触媒。
A supported metal catalyst according to claim 3, wherein
Supported metal catalyst, wherein 2.5 nm ≦ D ≦ 4.9 nm.
請求項1〜請求項4の何れか1つに記載の担持金属触媒であって、
前記担体微粒子は、無機化合物の微粒子である、担持金属触媒。
The supported metal catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein
The carrier fine particle is a fine particle of an inorganic compound, which is a supported metal catalyst.
請求項5に記載の担持金属触媒であって、
前記無機化合物は、ドープされている、担持金属触媒。
The supported metal catalyst according to claim 5, wherein
The inorganic compound is doped, supported metal catalyst.
請求項5又は請求項6に記載の担持金属触媒であって、
前記無機化合物は、酸化スズを含む、担持金属触媒。
A supported metal catalyst according to claim 5 or claim 6, wherein
The inorganic compound is a supported metal catalyst comprising tin oxide.
請求項6又は請求項7に記載の担持金属触媒であって、
前記担体粉末は、見掛け密度が2〜3.8g/cmである、担持金属触媒。
A supported metal catalyst according to claim 6 or claim 7, wherein
The said support powder is a supported metal catalyst whose apparent density is 2-3.8 g / cm < 3 >.
請求項1〜請求項8の何れか1つに記載の担持金属触媒であって、
前記担体粉末は、比表面積が12m/g以上である、担持金属触媒。
A supported metal catalyst according to any one of the preceding claims, wherein
The carrier powder has a specific surface area of 12 m 2 / g or more.
請求項1〜請求項9の何れか1つに記載の担持金属触媒であって、
前記担体粉末は、空隙率が50%以上である、担持金属触媒。
The supported metal catalyst according to any one of claims 1 to 9, wherein
The carrier powder has a porosity of 50% or more.
請求項1〜請求項10の何れか1つに記載の担持金属触媒であって、
前記担体粉末は、安息角が50度以下である、担持金属触媒。
The supported metal catalyst according to any one of claims 1 to 10, wherein
The carrier powder is a supported metal catalyst having a repose angle of 50 degrees or less.
請求項1〜請求項11の何れか1つに記載の担持金属触媒であって、
前記担体粉末は、導電率が0.00001S/cm以上である、担持金属触媒。
The supported metal catalyst according to any one of claims 1 to 11, wherein
The carrier powder has a conductivity of 0.00001 S / cm or more.
請求項1〜請求項12の何れか1つに記載の担持金属触媒であって、
前記担体微粒子は、複数の結晶子が鎖状に融着結合されて構成された鎖状部を備える、担持金属触媒。
The supported metal catalyst according to any one of claims 1 to 12, wherein
The carrier fine particle comprises a chain-like portion formed by fusion bonding a plurality of crystallites in a chain-like manner.
請求項13に記載の担持金属触媒であって、
前記結晶子は、サイズが1〜30nmである、担持金属触媒。
14. The supported metal catalyst according to claim 13, wherein
The supported metal catalyst, wherein the crystallites are 1-30 nm in size.
請求項13又は請求項14に記載の担持金属触媒であって、
前記鎖状部は、複数の分枝と、複数の前記分枝の間に存在する孔と、空隙とを備え、
前記空隙は、前記複数の分枝と前記孔とによって取り囲まれる、担持金属触媒。
A supported metal catalyst according to claim 13 or claim 14, wherein
The chain includes a plurality of branches, a hole existing between the plurality of branches, and a void.
The supported metal catalyst, wherein the void is surrounded by the plurality of branches and the holes.
請求項15に記載の担持金属触媒であって、
前記担体粉末は、前記空隙を複数備え、前記空隙は水銀圧入法による球相当径が11nm以下の空隙と11nmより大きな空隙とを有する、担持金属触媒。
The supported metal catalyst according to claim 15, wherein
The carrier powder comprises a plurality of the voids, and the voids have a void having a sphere equivalent diameter of 11 nm or less and a void larger than 11 nm according to a mercury intrusion method.
混合工程を備える、担持金属触媒の製造方法であって、
前記混合工程では、金属微粒子が担体粉末に担持されて構成される構造体と、プロトン伝導性を有するポリマーを含有するインクとを混合する、方法。
A method of producing a supported metal catalyst, comprising a mixing step, comprising:
In the mixing step, a method of mixing a structure in which metal fine particles are supported on a carrier powder, and an ink containing a polymer having proton conductivity.
請求項17に記載の方法であって、
前記ポリマーの体積をIとし、前記担体粉末の体積をSとすると、
前記混合工程は、0.01≦I/S<0.2となるように行われる、方法。
The method according to claim 17, wherein
Assuming that the volume of the polymer is I and the volume of the carrier powder is S,
The method, wherein the mixing step is performed such that 0.01 ≦ I / S <0.2.
請求項18に記載の方法であって、
前記混合工程は、0.07≦I/S≦0.18となるように行われる、方法。
Method according to claim 18, wherein
The method, wherein the mixing step is performed such that 0.07 ≦ I / S ≦ 0.18.
請求項17〜請求項19の何れか1つに記載の方法であって、
前記担体粉末は、担体微粒子の集合体であり、
前記担体微粒子は、無機化合物の微粒子であり、
前記インクは、親水性溶媒を含む、方法。
The method according to any one of claims 17-19, wherein
The carrier powder is an aggregate of carrier fine particles,
The carrier fine particles are fine particles of an inorganic compound,
The method wherein the ink comprises a hydrophilic solvent.
請求項20に記載の方法であって、
前記無機化合物は、ドープされている、方法。
21. The method of claim 20, wherein
The method wherein the inorganic compound is doped.
請求項20又は請求項21に記載の方法であって、
前記無機化合物は、酸化スズを含む、方法。
22. A method according to claim 20 or 21, wherein
The method, wherein the inorganic compound comprises tin oxide.
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