JP2020128573A - Pt-Ln NANOPARTICLE, Pt-Ln NANOPARTICLE COMPOSITE, AND PRODUCTION METHOD THEREOF - Google Patents

Pt-Ln NANOPARTICLE, Pt-Ln NANOPARTICLE COMPOSITE, AND PRODUCTION METHOD THEREOF Download PDF

Info

Publication number
JP2020128573A
JP2020128573A JP2019021511A JP2019021511A JP2020128573A JP 2020128573 A JP2020128573 A JP 2020128573A JP 2019021511 A JP2019021511 A JP 2019021511A JP 2019021511 A JP2019021511 A JP 2019021511A JP 2020128573 A JP2020128573 A JP 2020128573A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nanoparticles
nanoparticle composite
phase
carbon
nanoparticle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019021511A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6904371B2 (en
Inventor
板原　浩
Hiroshi Itahara
浩 板原
森本　友
Tomo Morimoto
友 森本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2019021511A priority Critical patent/JP6904371B2/en
Publication of JP2020128573A publication Critical patent/JP2020128573A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6904371B2 publication Critical patent/JP6904371B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

To provide new Pt-Ln nanoparticles that contain a Pt-Ln phase and have few coarse particles and agglomerates, a Pt-Ln nanoparticle composite, and a production method thereof.SOLUTION: Pt-Ln nanoparticles have a PT-Ln phase containing Pt and a lanthanoid element (Ln), a Pt/Ln ratio (molar ratio) of 1.80 or mole and 14.0 or less, and an average particle diameter of 20 nm or less. A Pt-Ln nanoparticle composite has a carbon carrier and PT-Ln nanoparticles carried on the surface of the carbon carrier. Such the Pt-Ln nanoparticle composite is produced by cleaning a hydrogen-reduced body obtained by heating a mixture of a Pt-carrying carbon and an Ln compound (Ln is a lanthanoid element) under a hydrogen atmosphere.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子、並びに、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子複合体及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、Ｐｔとランタノイド元素（Ｌｎ）とを含むＰｔ−Ｌｎ相を備えたＰｔ−Ｌｎナノ粒子、並びに、このようなＰｔ−Ｌｎナノ粒子がカーボン担体表面に担持されたＰｔ−Ｌｎナノ粒子複合体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a Pt-Ln nanoparticle, a Pt-Ln nanoparticle composite and a method for producing the same, and more specifically, a Pt-Ln nanoparticle including a Pt-Ln phase containing Pt and a lanthanoid element (Ln). The present invention relates to particles, Pt-Ln nanoparticle composites in which such Pt-Ln nanoparticles are supported on the surface of a carbon support, and a method for producing the same.

固体高分子形燃料電池は、電解質膜の両面に触媒を含む電極（触媒層及びガス拡散層）が接合された膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly，ＭＥＡ）を備えている。ＭＥＡの両面には、さらに、ガス流路を備えた集電体（セパレータ）が配置される。固体高分子形燃料電池は、通常、このようなＭＥＡと集電体からなる単セルが複数個積層された構造（燃料電池スタック）を備えている。 The polymer electrolyte fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA) in which electrodes (catalyst layer and gas diffusion layer) containing a catalyst are joined to both surfaces of an electrolyte membrane. Further, a current collector (separator) having a gas flow path is arranged on both sides of the MEA. A polymer electrolyte fuel cell usually has a structure (fuel cell stack) in which a plurality of single cells each composed of such an MEA and a current collector are laminated.

固体高分子形燃料電池の電極触媒には、Ｐｔ触媒、Ｐｔ合金触媒、カーボンアロイ触媒、酸化物触媒などが用いられている。これらの内、ある種のＰｔ合金触媒は、純Ｐｔ触媒よりも高い性能が得られ、高価なＰｔの使用量を低減できると言われている。そのため、このようなＰｔ合金触媒に関し、従来から種々の提案がなされている。 Pt catalysts, Pt alloy catalysts, carbon alloy catalysts, oxide catalysts and the like are used as electrode catalysts for polymer electrolyte fuel cells. It is said that some of these Pt alloy catalysts have higher performance than pure Pt catalysts and can reduce the amount of expensive Pt used. Therefore, various proposals have been made for such Pt alloy catalysts.

例えば、非特許文献１には、ナノ粒子の合成技術に関するものではないが、Ｐｔ−Ｌｎ（Ｌｎはランタノイド元素）バルク体の酸素還元反応（ＯＲＲ）に対する触媒活性がＰｔバルク体のそれの数倍に向上することが報告されている。これは、表層に形成されたＰｔ薄層が、下地のＰｔ−Ｌｎとの格子不整合から歪を受けることに起因していると考えられる。つまり、歪によりＰｔ表面への触媒活性種の吸着力が適度に調整され、反応中間体が活性化されるためと考えられている。 For example, although Non-Patent Document 1 does not relate to a technique for synthesizing nanoparticles, the catalytic activity of the Pt-Ln (Ln is a lanthanoid element) bulk body for oxygen reduction reaction (ORR) is several times that of the Pt bulk body. It has been reported to improve. It is considered that this is because the Pt thin layer formed on the surface layer is strained due to the lattice mismatch with the underlying Pt-Ln. That is, it is considered that the adsorption force of the catalytically active species on the Pt surface is appropriately adjusted by the strain, and the reaction intermediate is activated.

非特許文献２には、Ｐｔ粒子を担持したＣｅＯ2粉末を９００℃の水素気流中で加熱することにより得られるＰｔ／ＣｅＯ2触媒が開示されている。同文献には、ごく一部のＰｔ粒子がＣｅＯ2表面と反応し、ＣｅＯ2担体上にごく微量のＰｔ5Ｃｅ粒子が生成することが記載されている。
非特許文献３には、Ｐｔ−Ｇｄのバルク体ターゲットの表面に超高真空下で電子線をあて、ＰｔとＧｄを蒸発させたのちに基板上に析出させ、Ｐｔ−Ｇｄナノ粒子を形成させる方法が開示されている。 Non-Patent Document 2 discloses a Pt/CeO 2 catalyst obtained by heating a CeO 2 powder carrying Pt particles in a hydrogen stream at 900° C. The document describes that a small amount of Pt particles react with the surface of CeO 2 to generate a very small amount of Pt 5 Ce particles on the CeO 2 carrier.
In Non-Patent Document 3, an electron beam is applied to the surface of a Pt-Gd bulk body target under ultrahigh vacuum to evaporate Pt and Gd and then deposit them on a substrate to form Pt-Gd nanoparticles. A method is disclosed.

さらに、非特許文献４には、ＰｔＣｌ4とＬｕＣｌ3を金属源として、それらをＮａＥｔ3ＢＨやＫＥｔ3ＢＨの溶融塩中で反応させる方法が開示されている。同文献には、
（ａ）ＮａＥｔ3ＢＨやＫＥｔ3ＢＨが還元剤及び反応媒体として作用し、副成生物であるＮａＣｌやＫＣｌがナノ粒子の焼結を抑制する点、並びに、
（ｂ）このような方法により、Ｐｔ3Ｌｕナノ粒子を合成することができる点
が記載されている。 Further, Non-Patent Document 4 discloses a method in which PtCl 4 and LuCl 3 are used as metal sources and are reacted in a molten salt of NaEt 3 BH or KEt 3 BH. In the document,
(A) NaEt 3 BH and KEt 3 BH act as a reducing agent and a reaction medium, and byproducts such as NaCl and KCl suppress the sintering of nanoparticles, and
(B) It is described that Pt 3 Lu nanoparticles can be synthesized by such a method.

非特許文献２に記載のＰｔ／ＣｅＯ2触媒は、絶縁体のＣｅＯ2が主成分であるため、これを燃料電池の酸素極に必要な酸素還元触媒として利用するのは難しい。
非特許文献３に記載の方法において、ターゲットはＰｔ−Ｇｄの化合物であるが、電子線の照射によりＰｔ、Ｇｄが別々に飛散した後に集合してナノ粒子として析出する。このため、非特許文献３に記載のナノ粒子は、Ｐｔ−Ｇｄの化合物相ではなく、Ｐｔナノ粒子とＧｄナノ粒子がランダムに混じり合った混合物となりやすい。
さらに、非特許文献４に記載のＰｔ3Ｌｕ粒子は、６５０℃の溶融塩中で合成されているため、粗大な粒子や凝集体の混在が避けられない。 Pt / CeO 2 catalyst described in Non-Patent Document 2, since CeO 2 of the insulator as a main component, it is difficult to use it as an oxygen reducing catalyst required for the oxygen electrode of the fuel cell.
In the method described in Non-Patent Document 3, the target is a Pt-Gd compound, but Pt and Gd are separately scattered by electron beam irradiation and then aggregated to be deposited as nanoparticles. Therefore, the nanoparticles described in Non-Patent Document 3 tend to be a mixture in which Pt nanoparticles and Gd nanoparticles are randomly mixed, not in the Pt-Gd compound phase.
Furthermore, since the Pt 3 Lu particles described in Non-Patent Document 4 are synthesized in a molten salt at 650° C., it is unavoidable that coarse particles and aggregates are mixed.

M. Maria Escudero-Escribano, et al., Science 2016, 352, 6281M. Maria Escudero-Escribano, et al., Science 2016, 352, 6281 S. Bernal et al., J. Catal. 169, 510-515(1997)S. Bernal et al., J. Catal. 169, 510-515 (1997) A. Velazquez-Palenzuela, et al., J. Catal. 328, 297(2015)A. Velazquez-Palenzuela, et al., J. Catal. 328, 297 (2015) Jacob S. Kanady, et al., J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 5672-5675Jacob S. Kanady, et al., J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 5672-5675

本発明が解決しようとする課題は、Ｐｔ−Ｌｎ相を含み、かつ、粗大な粒子や凝集体の少ない新規なＰｔ−Ｌｎナノ粒子を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、このようなＰｔ−Ｌｎナノ粒子がカーボン担体表面に担持されたＰｔ−Ｌｎナノ粒子複合体及びその製造方法を提供することにあ The problem to be solved by the present invention is to provide novel Pt-Ln nanoparticles containing a Pt-Ln phase and containing few coarse particles and aggregates.
Further, another problem to be solved by the present invention is to provide a Pt-Ln nanoparticle composite in which such Pt-Ln nanoparticles are supported on the surface of a carbon carrier, and a method for producing the same.

上記課題を解決するために本発明に係るＰｔ−Ｌｎナノ粒子は、
Ｐｔと、ランタノイド元素（Ｌｎ）とを含むＰｔ−Ｌｎ相を備え、
Ｐｔ／Ｌｎ比（モル比）が１．８０以上１４．０以下であり、
平均粒径が２０ｎｍ以下である
ことを要旨とする。 In order to solve the above problems, the Pt-Ln nanoparticles according to the present invention are
A Pt-Ln phase containing Pt and a lanthanoid element (Ln),
The Pt/Ln ratio (molar ratio) is 1.80 or more and 14.0 or less,
The gist is that the average particle size is 20 nm or less.

本発明に係るＰｔ−Ｌｎナノ粒子複合体は、
カーボン担体と、
前記カーボン担体表面に担持された、本発明に係るＰｔ−Ｌｎナノ粒子と
を備えていることを要旨とする。 The Pt-Ln nanoparticle composite according to the present invention comprises:
A carbon carrier,
The gist is that the Pt-Ln nanoparticles according to the present invention supported on the surface of the carbon carrier are provided.

さらに、本発明に係るＰｔ−Ｌｎナノ粒子複合体の製造方法は、
カーボン担体表面にＰｔナノ粒子が担持されたＰｔ担持カーボンをＬｎＣｌ3（Ｌｎは、ランタノイド元素）水溶液に分散させ、分散液を得る第１工程と、
前記分散液を蒸発乾固させ、前記Ｐｔ担持カーボンとＬｎ化合物との混合物を得る第２工程と、
前記混合物を水素雰囲気下で加熱し、水素還元体を得る第３工程と、
前記水素還元体を洗浄し、ＬｎxＯyＣｌz相を除去する第４工程と
を備えていることを要旨とする。 Furthermore, the method for producing a Pt-Ln nanoparticle composite according to the present invention comprises:
A first step of dispersing Pt-supported carbon in which Pt nanoparticles are supported on the surface of a carbon support in an aqueous solution of LnCl 3 (Ln is a lanthanoid element) to obtain a dispersion liquid;
A second step of evaporating the dispersion to dryness to obtain a mixture of the Pt-supporting carbon and the Ln compound;
A third step of heating the mixture under a hydrogen atmosphere to obtain a hydrogen reductant;
The fourth step is to wash the hydrogen reductant and remove the Ln x O y Cl z phase.

ランタノイド元素は極めて酸化しやすく、酸化すると還元はほぼ不可能と一般的に考えられている。そのため、酸素や水を含む反応系でランタノイド元素を含む合金のナノ粒子は合成できないとされていた。
これに対し、Ｐｔナノ粒子とＬｎ化合物との混合物を水素雰囲気下で加熱し、得られた水素還元体を洗浄すると、Ｐｔ−Ｌｎ相を備えたＰｔ−Ｌｎナノ粒子が得られる。この方法は、有機溶媒を使用せず、水溶液及び大気中を経由した簡便な手法である。また、この方法により得られたＰｔ−Ｌｎナノ粒子は、粗大な粒子や凝集体が少ない。 It is generally considered that the lanthanoid element is extremely easy to oxidize and that if it is oxidized, reduction is almost impossible. Therefore, it has been considered that nanoparticles of an alloy containing a lanthanoid element cannot be synthesized in a reaction system containing oxygen and water.
On the other hand, when a mixture of Pt nanoparticles and an Ln compound is heated in a hydrogen atmosphere and the obtained hydrogen reductant is washed, Pt-Ln nanoparticles having a Pt-Ln phase are obtained. This method is a simple method that does not use an organic solvent and passes through an aqueous solution and the atmosphere. Further, the Pt-Ln nanoparticles obtained by this method have few coarse particles and aggregates.

さらに、出発原料としてＰｔ担持カーボンを用いると、カーボン担体表面にＰｔ−Ｌｎナノ粒子が担持された複合体が得られる。得られた複合体は、燃料電池の酸素極触媒として必要な高い酸素還元反応（ＯＲＲ）活性と高い導電性とを併せ持つ。 Furthermore, when Pt-supported carbon is used as a starting material, a composite in which Pt-Ln nanoparticles are supported on the surface of the carbon support is obtained. The obtained composite has both high oxygen reduction reaction (ORR) activity and high conductivity required as an oxygen electrode catalyst of a fuel cell.

Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子複合体の合成手順のフロー図である。It is a flow figure of a synthetic procedure of a Pt-Ln nanoparticle composite. 電気化学評価の手順のフロー図である。It is a flowchart of the procedure of an electrochemical evaluation. 実施例１で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｃｅナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンである。3 is a powder XRD pattern of the raw materials used in Example 1, the hydrogen reduced product after firing, and the Pt—Ce nanoparticle composite after cleaning. 実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子複合体のＦＥ−ＳＥＭ像（左上図：低倍率二次電子像、左下図：高倍率二次電子像、右上図：低倍率反射電子像、右下図：高倍率反射電子像）である。FE-SEM images of the Pt-Ce nanoparticle composite obtained in Example 1 (upper left figure: low-magnification secondary electron image, lower left figure: high-magnification secondary electron image, upper right figure: low-magnification backscattered electron image, right Below: High-magnification backscattered electron image).

実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子複合体のＦＥ−ＳＥＭ像（図５（Ａ）：二次電子像、図５（Ｂ）：反射電子像）である。It is a FE-SEM image (FIG. 5(A): secondary electron image, FIG. 5(B): backscattered electron image) of the Pt-Ce nanoparticle composite body obtained in Example 1. 図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、それぞれ、図５に示すａｒｅａ１〜３で測定されたＥＤＸスペクトル（左図：０〜３ｋｅＶ、右図：３〜６ｋｅＶ）である。6A to 6C are EDX spectra (left figure: 0 to 3 keV, right figure: 3 to 6 keV) measured by the areas 1 to 3 shown in FIG. 5, respectively. 図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、それぞれ、図５に示すａｒｅａ４〜６で測定されたＥＤＸスペクトル（左図：０〜３ｋｅＶ、右図：３〜６ｋｅＶ）である。7A to 7C are EDX spectra (left figure: 0 to 3 keV, right figure: 3 to 6 keV) measured by the areas 4 to 6 shown in FIG. 5, respectively. 実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子複合体のＴＥＭ像（図８（Ａ）：低倍率像、図８（Ｂ）：高倍率像）である。It is a TEM image (FIG. 8(A): low magnification image, FIG. 8(B): high magnification image) of the Pt-Ce nanoparticle composite obtained in Example 1. 図９（Ａ）は、図８に示すａｒｅａ１又は２で測定されたＴＥＭ−ＥＤＳスペクトルである。図９（Ｂ）は、図８に示すａｒｅａ３で測定されたＴＥＭ−ＥＤＳスペクトルである。FIG. 9A is a TEM-EDS spectrum measured by area 1 or 2 shown in FIG. FIG. 9B is a TEM-EDS spectrum measured by area 3 shown in FIG.

図１０（Ａ）は、図８に示すａｒｅａ４〜７で測定されたＴＥＭ−ＥＤＳスペクトルである。図１０（Ｂ）は、図８に示すａｒｅａ８〜１１で測定されたＴＥＭ−ＥＤＳスペクトルである。FIG. 10(A) is a TEM-EDS spectrum measured by areas 4 to 7 shown in FIG. FIG. 10B is a TEM-EDS spectrum measured by areas 8 to 11 shown in FIG. 図１１（Ａ）は、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子のＤＦ−ＳＴＥＭ像である。図１１（Ｂ）は、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子のＢＦ−ＳＴＥＭ像である。FIG. 11A is a DF-STEM image of the Pt—Ce nanoparticles obtained in Example 1. FIG. 11B is a BF-STEM image of the Pt-Ce nanoparticles obtained in Example 1.

図１２（Ａ）は、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子のＥＤＳスペクトルである。図１２（Ｂ）は、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子のＦＦＴパターンである。FIG. 12A is an EDS spectrum of the Pt—Ce nanoparticles obtained in Example 1. FIG. 12B is an FFT pattern of Pt—Ce nanoparticles obtained in Example 1. 図１１のＳＴＥＭ像に対応する結晶構造の模式図とシミュレーション像である。It is a schematic diagram of a crystal structure corresponding to the STEM image of FIG. 11, and a simulation image. 図１４（Ａ）は、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子のＤＦ−ＳＴＥＭ像である。図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＳＴＥＭ像に対応する結晶構造の模式図とシミュレーション像である。FIG. 14(A) is a DF-STEM image of the Pt—Ce nanoparticles obtained in Example 1. FIG. 14B is a schematic diagram and a simulation image of a crystal structure corresponding to the STEM image of FIG.

図１４（Ａ）に示すａｒｅａ１又は２で測定されたＥＤＳスペクトルである。14 is an EDS spectrum measured by area 1 or 2 shown in FIG. 実施例２で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｌａナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンである。3 is a powder XRD pattern of the raw materials used in Example 2, the hydrogen reduced product after firing, and the Pt-La nanoparticle composite after cleaning. 実施例２で得られたＰｔ−Ｌａナノ粒子複合体の二次電子像（図１７（Ａ））及び反射電子像（図１７（Ｂ））である。It is a secondary electron image (FIG. 17(A)) and a backscattered electron image (FIG. 17(B)) of the Pt-La nanoparticle composite body obtained in Example 2. 実施例３で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｓｍナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンである。5 is a powder XRD pattern of the raw materials used in Example 3, the hydrogen reduced product after firing, and the Pt—Sm nanoparticle composite after cleaning.

実施例３で得られたＰｔ−Ｓｍナノ粒子複合体の二次電子像（図１９（Ａ））及び反射電子像（図１９（Ｂ））である。It is a secondary electron image (FIG. 19(A)) and a backscattered electron image (FIG. 19(B)) of the Pt-Sm nanoparticle composite obtained in Example 3. 実施例４で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｇｄナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンである。5 is a powder XRD pattern of the raw materials used in Example 4, the hydrogen reduced product after firing, and the Pt-Gd nanoparticle composite after cleaning. 実施例４で得られたＰｔ−Ｇｄナノ粒子複合体の二次電子像（図２１（Ａ））及び反射電子像（図２１（Ｂ））である。It is a secondary electron image (FIG. 21(A)) and a backscattered electron image (FIG. 21(B)) of the Pt-Gd nanoparticle composite obtained in Example 4. 実施例５で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｔｂナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンである。7 is a powder XRD pattern of the raw material used in Example 5, the hydrogen reduced product after firing, and the Pt-Tb nanoparticle composite after washing.

実施例５で得られたＰｔ−Ｔｂナノ粒子複合体の二次電子像（図２３（Ａ））及び反射電子像（図２３（Ｂ））である。FIG. 23 is a secondary electron image (FIG. 23(A)) and a backscattered electron image (FIG. 23(B)) of the Pt-Tb nanoparticle composite obtained in Example 5. 実施例６で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｄｙナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンである。7 is a powder XRD pattern of the raw materials used in Example 6, the hydrogen reduced product after firing, and the Pt-Dy nanoparticle composite after washing. 実施例６で得られたＰｔ−Ｄｙナノ粒子複合体の二次電子像（図２５（Ａ））及び反射電子像（図２５（Ｂ））である。It is a secondary electron image (FIG. 25(A)) and a backscattered electron image (FIG. 25(B)) of the Pt-Dy nanoparticle composite obtained in Example 6. 実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子複合体のリニアスイープボルタモグラムである。3 is a linear sweep voltammogram of the Pt-Ce nanoparticle composite obtained in Example 1.

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１． Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子］
本発明に係るＰｔ−Ｌｎナノ粒子は、
Ｐｔと、ランタノイド元素（Ｌｎ）とを含むＰｔ−Ｌｎ相を備え、
Ｐｔ／Ｌｎ比（モル比）が１．８０以上１４．０以下であり、
平均粒径が２０ｎｍ以下である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Pt-Ln nanoparticles]
The Pt-Ln nanoparticles according to the present invention are
A Pt-Ln phase containing Pt and a lanthanoid element (Ln),
The Pt/Ln ratio (molar ratio) is 1.80 or more and 14.0 or less,
The average particle size is 20 nm or less.

［１．１． Ｐｔ−Ｌｎ相］
本発明において、「Ｐｔ−Ｌｎ相」とは、Ｐｔとランタノイド元素（Ｌｎ）の固溶体、又は、ＰｔとＬｎからなる金属間化合物をいう。Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子は、いずれか１種のＰｔ−Ｌｎ相を備えているものでも良く、あるいは、２種以上のＰｔ−Ｌｎ相を備えているものでも良い。
また、個々のＰｔ−Ｌｎナノ粒子は、全体が同一組成のＰｔ−Ｌｎ相からなるものでも良く、あるいは、中心部と表層部でＬｎ濃度が異なっているものでも良い。この点については、後述する。 [1.1. Pt-Ln phase]
In the present invention, the "Pt-Ln phase" refers to a solid solution of Pt and a lanthanoid element (Ln) or an intermetallic compound composed of Pt and Ln. The Pt-Ln nanoparticles may have any one kind of Pt-Ln phase, or may have two or more kinds of Pt-Ln phases.
In addition, each Pt-Ln nanoparticle may be composed entirely of Pt-Ln phases having the same composition, or may have different Ln concentrations in the central portion and the surface layer portion. This point will be described later.

金属間化合物系のＰｔ−Ｌｎ相としては、具体的には、以下のようなものがある。
（ａ）Ｐｔ5Ｌａ、Ｐｔ2Ｌａ、Ｐｔ4Ｌａ3、ＰｔＬａなどのＰｔ−Ｌａ相。
（ｂ）Ｐｔ5Ｃｅ、Ｐｔ2Ｃｅ、Ｐｔ4Ｃｅ3、ＰｔＣｅなどのＰｔ−Ｃｅ相。
（ｃ）Ｐｔ5Ｐｒ、Ｐｔ2Ｐｒ、Ｐｔ4Ｐｒ3、ＰｔＰｒなどのＰｔ−Ｐｒ相。
（ｄ）Ｐｔ5Ｎｄ、Ｐｔ2Ｎｄ、Ｐｔ4Ｎｄ3、ＰｔＮｄなどのＰｔ−Ｎｄ相。
（ｅ）Ｐｔ5Ｓｍ、Ｐｔ2Ｓｍ、Ｐｔ4Ｓｍ3、ＰｔＳｍなどのＰｔ−Ｓｍ相。
（ｆ）Ｐｔ5Ｅｕ、Ｐｔ2ＥｕなどのＰｔ−Ｅｕ相。
（ｇ）Ｐｔ5Ｇｄ、Ｐｔ2Ｇｄ、Ｐｔ4Ｇｄ3、ＰｔＧｄなどのＰｔ−Ｇｄ相。
（ｈ）Ｐｔ5Ｔｂ、Ｐｔ3Ｔｂ、Ｐｔ2Ｔｂ、Ｐｔ4Ｔｂ3、ＰｔＴｂなどのＰｔ−Ｔｂ相。
（ｉ）Ｐｔ5Ｄｙ、Ｐｔ3Ｄｙ、Ｐｔ2Ｄｙ、Ｐｔ4Ｄｙ3、ＰｔＤｙなどのＰｔ−Ｄｙ相。
（ｊ）Ｐｔ5Ｈｏ、Ｐｔ3Ｈｏ、Ｐｔ2Ｈｏ、Ｐｔ4Ｈｏ3、ＰｔＨｏなどのＰｔ−Ｈｏ相。
（ｋ）Ｐｔ5Ｅｒ、Ｐｔ3Ｅｒ、Ｐｔ2Ｅｒ、Ｐｔ4Ｅｒ3、ＰｔＥｒなどのＰｔ−Ｅｒ相。
（ｌ）Ｐｔ5Ｔｍ、Ｐｔ3Ｔｍ、Ｐｔ2Ｔｍ、Ｐｔ4Ｔｍ3、ＰｔＴｍなどのＰｔ−Ｔｍ相。
（ｍ）Ｐｔ3Ｙｂ、Ｐｔ2Ｙｂ、Ｐｔ4Ｙｂ3、ＰｔＹｂなどのＰｔ−Ｙｂ相。
（ｎ）Ｐｔ3Ｌｕ、Ｐｔ4Ｌｕ3、ＰｔＬｕなどのＰｔ−Ｌｕ相。 Specific examples of the intermetallic compound Pt-Ln phase are as follows.
(A) Pt 5 La, Pt 2 La, Pt 4 La 3, PtLa PtLa phase such.
(B) Pt—Ce phase such as Pt 5 Ce, Pt 2 Ce, Pt 4 Ce 3 , PtCe.
(C) Pt—Pr phases such as Pt 5 Pr, Pt 2 Pr, Pt 4 Pr 3 , PtPr.
(D) Pt 5 Nd, Pt 2 Nd, Pt 4 Nd 3, PtNd PtNd phase such.
(E) Pt 5 Sm, Pt 2 Sm, Pt 4 Sm 3, PtSm PtSm phase such.
(F) Pt 5 Eu, Pt -Eu phase such as Pt 2 Eu.
(G) Pt 5 Gd, Pt 2 Gd, Pt 4 Gd 3, PtGd PtGd phase such.
(H) Pt-Tb phase such as Pt 5 Tb, Pt 3 Tb, Pt 2 Tb, Pt 4 Tb 3 , PtTb.
(I) Pt-Dy phases such as Pt 5 Dy, Pt 3 Dy, Pt 2 Dy, Pt 4 Dy 3 , PtDy.
(J) Pt 5 Ho, Pt 3 Ho, Pt 2 Ho, Pt 4 Ho 3, PtHo PtHo phase such.
(K) Pt—Er phase such as Pt 5 Er, Pt 3 Er, Pt 2 Er, Pt 4 Er 3 , PtEr.
(L) Pt-Tm phases such as Pt 5 Tm, Pt 3 Tm, Pt 2 Tm, Pt 4 Tm 3 and PtTm.
(M) Pt 3 Yb, Pt 2 Yb, Pt 4 Yb 3, PtYb PtYb phase such.
(N) Pt 3 Lu, Pt 4 Lu 3, PtLu PtLu phase such.

［１．２． Ｐｔ／Ｌｎ比］
本発明において、「Ｐｔ／Ｌｎ比（モル比）」とは、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子に含まれるＬｎのモル数に対するＰｔのモル数の比をいう。 [1.2. Pt/Ln ratio]
In the present invention, the “Pt/Ln ratio (molar ratio)” refers to the ratio of the number of Pt moles to the number of Ln moles contained in Pt—Ln nanoparticles.

合成されたＰｔ／Ｌｎナノ粒子は、
（ａ）単一のＰｔ−Ｌｎ相のみからなる場合、
（ｂ）２種以上のＰｔ−Ｌｎ相の混合物からなる場合、
（ｃ）Ｐｔ−Ｌｎ相とＰｔ相の混合物からなる場合、
（ｄ）Ｌｎ濃度の高いＰｔ−Ｌｎ相からなるコアの表面がＬｎ濃度の低いＰｔ−Ｌｎ相（Ｐｔ相を含む）からなるシェルで被覆されている場合
などがある。
そのため、Ｐｔ／Ｌｎ比は、仕込み組成や合成条件が同一であっても、個々の粒子毎に組成が異なっている場合がある。後述する方法を用いると、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子のＰｔ／Ｌｎ比は、１．８０以上１４．０以下の範囲内となる。 The synthesized Pt/Ln nanoparticles are
(A) In the case of consisting of only a single Pt-Ln phase,
(B) When composed of a mixture of two or more Pt-Ln phases,
(C) When composed of a mixture of Pt-Ln phase and Pt phase,
(D) In some cases, the surface of the core made of the Pt-Ln phase having a high Ln concentration is covered with the shell made of the Pt-Ln phase having a low Ln concentration (including the Pt phase).
Therefore, the Pt/Ln ratio may be different for each particle even if the charged composition and the synthesis conditions are the same. When the method described later is used, the Pt/Ln ratio of Pt-Ln nanoparticles is in the range of 1.80 or more and 14.0 or less.

［１．３． 平均粒径］
本発明において、「平均粒径」とは、複数個（好ましくは、１００個以上）のＰｔ−Ｌｎナノ粒子について顕微鏡観察により測定された最大寸法（粒子に外接する最小の外接円の直径）の平均値をいう。
電極反応は、触媒粒子の表面において起こり、中心部の材料は電極反応にほとんど寄与しない。そのため、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子の平均粒径が小さくなるほど、高価なＰｔの使用量を減らすことができる。後述する方法を用いてＰｔ−Ｌｎナノ粒子を合成すると、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子の平均粒径は、２０ｎｍ以下となる。製造条件をさらに最適化すると、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子の平均粒径は、１０ｎｍ以下となる。 [1.3. Average particle size]
In the present invention, the “average particle size” refers to the maximum size (the diameter of the smallest circumscribing circle circumscribing particles) measured by microscopic observation of a plurality (preferably 100 or more) of Pt-Ln nanoparticles. The average value.
The electrode reaction occurs on the surface of the catalyst particles, and the material in the central portion makes little contribution to the electrode reaction. Therefore, the smaller the average particle size of Pt-Ln nanoparticles, the more the amount of expensive Pt used can be reduced. When Pt-Ln nanoparticles are synthesized using the method described below, the average particle size of Pt-Ln nanoparticles is 20 nm or less. When the manufacturing conditions are further optimized, the average particle diameter of Pt-Ln nanoparticles becomes 10 nm or less.

［１．４． 不純物量］
Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子は、次の式（１）の関係を満たしているのが好ましい。
Ｉ／Ｉ0≦０．０５ …（１）
但し、
Ｉは、前記Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子に含まれるＬｎxＯyＣｌz相のＸＲＤ最強線ピーク強度、
Ｉ0は、前記Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子に含まれる前記Ｐｔ−Ｌｎ相のＸＲＤ最強線ピーク強度。 [1.4. Impurity amount]
The Pt-Ln nanoparticles preferably satisfy the relationship of the following formula (1).
I/I 0 ≦0.05 (1)
However,
I is, Ln x O y Cl z XRD strongest peak intensity of the phase contained in the Pt-Ln nanoparticles,
I 0 is the XRD strongest line peak intensity of the Pt-Ln phase contained in the Pt-Ln nanoparticles.

後述するように、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子は、Ｐｔナノ粒子とＬｎ化合物との混合物を水素雰囲気下で加熱し、水素還元体を洗浄することにより得られる。そのため、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子は、出発原料又は反応副成生物に由来する不純物が含まれる場合がある。
不純物としては、
（ａ）Ｌｎの塩化物若しくはその水和物（ＬｎＣｌ3・ｎＨ2Ｏ）、
（ｂ）Ｌｎの酸化物（Ｌｎ2Ｏ3）、
（ｃ）Ｌｎのオキシ酸化物（ＬｎＯＣｌ）
などがある。本発明においては、これらを総称して「ＬｎxＯyＣｌz相」ともいう。 As described later, Pt-Ln nanoparticles are obtained by heating a mixture of Pt nanoparticles and an Ln compound in a hydrogen atmosphere and washing the hydrogen reductant. Therefore, the Pt-Ln nanoparticles may contain impurities derived from a starting material or a reaction by-product.
As impurities,
(A) Ln chloride or its hydrate (LnCl 3 ·nH 2 O),
(B) Ln oxide (Ln 2 O 3 ),
(C) Ln oxyoxide (LnOCl)
and so on. In the present invention, these are collectively referred to as “Ln x O y Cl z phase”.

これらの不純物は、酸素還元反応に寄与しないので、少ないほどよい。具体的には、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子は、式（１）で表されるＩ／Ｉ0比が０．０５以下であるものが好ましい。Ｉ／Ｉ0比は、好ましくは、０．０３以下、さらに好ましくは、０．０１以下である。 Since these impurities do not contribute to the oxygen reduction reaction, the smaller the amount, the better. Specifically, it is preferable that the Pt-Ln nanoparticles have an I/I 0 ratio represented by the formula (1) of 0.05 or less. The I/I 0 ratio is preferably 0.03 or less, more preferably 0.01 or less.

［１．５． コア／シェル構造］
「コア／シェル構造」とは、中心部（コア）のＬｎ濃度が表層部（シェル）のＬｎ濃度とは異なっている構造をいう。
「表層部」とは、表面からＰｔ原子５個分の深さ程度までの部分をいう。 [1.5. Core/shell structure]
The “core/shell structure” refers to a structure in which the Ln concentration in the central portion (core) is different from the Ln concentration in the surface layer portion (shell).
The “surface layer portion” means a portion from the surface to a depth of about 5 Pt atoms.

上述したように、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子は、Ｐｔナノ粒子とＬｎ化合物との混合物を水素雰囲気下で加熱し、水素還元体を洗浄することにより得られる。そのため、洗浄時に表層部からＬｎが溶出し、表層部のＬｎ濃度が中心部のＬｎ濃度より低くなっている場合がある。さらに、表層部が実質的にＰｔのみからなる場合もある。
表層部のＬｎ濃度が中心部より低いＰｔ−Ｌｎナノ粒子は、純Ｐｔからなるナノ粒子に比べて、ＯＲＲ活性が高くなる場合がある。 As described above, Pt-Ln nanoparticles are obtained by heating a mixture of Pt nanoparticles and an Ln compound in a hydrogen atmosphere and washing the hydrogen reductant. Therefore, Ln may be eluted from the surface layer during cleaning, and the Ln concentration in the surface layer may be lower than the Ln concentration in the center. Further, the surface layer portion may consist essentially of Pt.
The Pt-Ln nanoparticles having the Ln concentration in the surface layer portion lower than that in the central portion may have higher ORR activity than the nanoparticles made of pure Pt.

［２． Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子複合体］
本発明に係るＰｔ−Ｌｎナノ粒子複合体は、
カーボン担体と、
前記カーボン担体表面に担持された、本発明に係るＰｔ−Ｌｎナノ粒子と
を備えている。 [2. Pt-Ln nanoparticle composite]
The Pt-Ln nanoparticle composite according to the present invention comprises:
A carbon carrier,
The Pt—Ln nanoparticles according to the present invention supported on the surface of the carbon carrier are provided.

［２．１． カーボン担体］
カーボン担体の材料は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な材料を用いることができる。カーボン担体としては、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、活性炭、メソポーラスカーボンなどがある。 [2.1. Carbon carrier]
The material of the carbon carrier is not particularly limited, and an optimum material can be used according to the purpose. Examples of the carbon carrier include carbon black, carbon nanotube, graphene, activated carbon, mesoporous carbon and the like.

［２．２． Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子］
カーボン担体表面には、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子が担持される。Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。 [2.2. Pt-Ln nanoparticles]
Pt-Ln nanoparticles are supported on the surface of the carbon carrier. The details of the Pt-Ln nanoparticles are as described above, and thus the description is omitted.

［２．３． Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子の担持量］
Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子の担持量は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な担持量を選択することができる。一般に、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子の担持量が少なすぎると、ＯＲＲ活性が低下する。従って、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子の担持量は、１０ｗｔ％以上が好ましい。担持量は、好ましくは、２０ｗｔ％以上、さらに好ましくは、２５ｗｔ％以上である。
一方、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子の担持量を必要以上に多くしても、効果に差がなく、実益がない。従って、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子の担持量は、３０ｗｔ％以下が好ましい。 [2.3. Amount of Pt-Ln nanoparticles supported]
The supported amount of Pt-Ln nanoparticles is not particularly limited, and the optimum supported amount can be selected according to the purpose. In general, if the amount of Pt-Ln nanoparticles carried is too small, the ORR activity will decrease. Therefore, the supported amount of Pt-Ln nanoparticles is preferably 10 wt% or more. The supported amount is preferably 20 wt% or more, and more preferably 25 wt% or more.
On the other hand, even if the amount of Pt-Ln nanoparticles supported is increased more than necessary, there is no difference in effect and no practical benefit. Therefore, the supported amount of Pt-Ln nanoparticles is preferably 30 wt% or less.

［３． Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子複合体の製造方法］
本発明に係るＰｔ−Ｌｎナノ粒子複合体の製造方法は、
カーボン担体表面にＰｔナノ粒子が担持されたＰｔ担持カーボンをＬｎＣｌ3（Ｌｎは、ランタノイド元素）水溶液に分散させ、分散液を得る第１工程と、
前記分散液を蒸発乾固させ、前記Ｐｔ担持カーボンとＬｎ化合物との混合物を得る第２工程と、
前記混合物を水素雰囲気下で加熱し、水素還元体を得る第３工程と、
前記水素還元体を洗浄し、ＬｎxＯyＣｌz相を除去する第４工程と
を備えている。 [3. Method for producing Pt-Ln nanoparticle composite]
The method for producing a Pt-Ln nanoparticle composite according to the present invention comprises:
A first step of dispersing Pt-supported carbon in which Pt nanoparticles are supported on the surface of a carbon support in an aqueous solution of LnCl 3 (Ln is a lanthanoid element) to obtain a dispersion liquid;
A second step of evaporating the dispersion to dryness to obtain a mixture of the Pt-supporting carbon and the Ln compound;
A third step of heating the mixture under a hydrogen atmosphere to obtain a hydrogen reductant;
A fourth step of washing the hydrogen reductant and removing the Ln x O y Cl z phase.

［３．１． 第１工程］
まず、カーボン担体表面にＰｔナノ粒子が担持されたＰｔ担持カーボンをＬｎＣｌ3（Ｌｎは、ランタノイド元素）水溶液に分散させ、分散液を得る（第１工程）。
水溶液中のＬｎＣｌ3濃度は、均一な分散液が得られる限りにおいて、特に限定されない。また、Ｐｔ担持カーボンの添加量は、目的とする組成に応じて、最適な添加量を選択するのが好ましい。 [3.1. First step]
First, Pt-carrying carbon having Pt nanoparticles supported on the surface of a carbon carrier is dispersed in an LnCl 3 (Ln is a lanthanoid element) aqueous solution to obtain a dispersion liquid (first step).
The LnCl 3 concentration in the aqueous solution is not particularly limited as long as a uniform dispersion can be obtained. Further, it is preferable to select the optimum amount of Pt-supported carbon added according to the intended composition.

［３．２． 第２工程］
次に、前記分散液を蒸発乾固させ、前記Ｐｔ担持カーボンとＬｎ化合物（酸素及びＣｌを含むＬｎ化合物）との混合物を得る（第２工程）。
蒸発乾固の条件は、均一な混合物が得られる限りにおいて、特に限定されない。 [3.2. Second step]
Next, the dispersion liquid is evaporated to dryness to obtain a mixture of the Pt-carrying carbon and an Ln compound (Ln compound containing oxygen and Cl) (second step).
The conditions of evaporation to dryness are not particularly limited as long as a uniform mixture can be obtained.

［３．３． 第３工程］
次に、前記混合物を水素雰囲気下で加熱し、水素還元体を得る（第３工程）。
加熱温度が低すぎると、現実的な時間内に反応が完了しない。従って、加熱温度は、８００℃以上が好ましい。
一方、加熱温度が高すぎると、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子が粗大化する。従って、加熱温度は、１１００℃以下が好ましい。
加熱時間は、加熱温度に応じて最適な時間を選択する。一般に、加熱温度が高くなるほど、短時間で反応を終了させることができる。 [3.3. Third step]
Next, the mixture is heated under a hydrogen atmosphere to obtain a hydrogen reductant (third step).
If the heating temperature is too low, the reaction will not complete within a realistic time. Therefore, the heating temperature is preferably 800° C. or higher.
On the other hand, if the heating temperature is too high, the Pt-Ln nanoparticles become coarse. Therefore, the heating temperature is preferably 1100° C. or lower.
As the heating time, an optimum time is selected according to the heating temperature. Generally, the higher the heating temperature, the shorter the reaction can be completed.

［３．４． 第４工程］
次に、前記水素還元体を洗浄し、ＬｎxＯyＣｌz相を除去する（第４工程）。これにより、本発明に係るＰｔ−Ｌｎナノ粒子複合体が得られる。
洗浄用の溶媒は、ＬｎxＯyＣｌz相を除去することが可能なものである限りにおいて、特に限定されない。洗浄用の溶媒としては、例えば、硝酸水溶液、硫酸水溶液などがある。
さらに、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子複合体からカーボン担体を除去すると、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子を単離することができる。 [3.4. Fourth step]
Then washing the hydrogen reductant is removed Ln x O y Cl z phase (fourth step). Thereby, the Pt-Ln nanoparticle composite according to the present invention is obtained.
The washing solvent is not particularly limited as long as it can remove the Ln x O y Cl z phase. Examples of the solvent for cleaning include nitric acid aqueous solution and sulfuric acid aqueous solution.
Furthermore, removal of the carbon support from the Pt-Ln nanoparticle composite allows the Pt-Ln nanoparticles to be isolated.

［４． 作用］
ランタノイド元素は極めて酸化しやすく、酸化すると還元はほぼ不可能と一般的に考えられている。そのため、酸素や水を含む反応系でランタノイド元素を含む合金のナノ粒子は合成できないとされていた。
これに対し、Ｐｔナノ粒子とＬｎ化合物との混合物を水素雰囲気下で加熱し、得られた水素還元体を洗浄すると、Ｐｔ−Ｌｎ相を備えたＰｔ−Ｌｎナノ粒子が得られる。この方法は、有機溶媒を使用せず、水溶液及び大気中を経由した簡便な手法である。また、この方法により得られたＰｔ−Ｌｎナノ粒子は、粗大な粒子や凝集体が少ない。 [4. Action]
It is generally considered that the lanthanoid element is extremely easy to oxidize and that if it is oxidized, reduction is almost impossible. Therefore, it has been considered that nanoparticles of an alloy containing a lanthanoid element cannot be synthesized in a reaction system containing oxygen and water.
On the other hand, when a mixture of Pt nanoparticles and an Ln compound is heated in a hydrogen atmosphere and the obtained hydrogen reductant is washed, Pt-Ln nanoparticles having a Pt-Ln phase are obtained. This method is a simple method that does not use an organic solvent and passes through an aqueous solution and the atmosphere. Further, the Pt-Ln nanoparticles obtained by this method have few coarse particles and aggregates.

さらに、出発原料としてＰｔ担持カーボンを用いると、カーボン担体表面にＰｔ−Ｌｎナノ粒子が担持された複合体が得られる。得られた複合体は、燃料電池の酸素極触媒として必要な高い酸素還元反応（ＯＲＲ）活性と高い導電性とを併せ持つ。
本発明に係る方法によりＰｔ−Ｌｎナノ粒子が得られる理由の詳細は不明であるが、反応過程でＬｎxＯyＣｌzなどの中間体が生成し、この中間体が特異的にＰｔとの反応性が高い物質であるために、Ｐｔ−Ｌｎ相が生成する可能性があると考えられる。 Furthermore, when Pt-supported carbon is used as a starting material, a composite in which Pt-Ln nanoparticles are supported on the surface of the carbon support is obtained. The obtained composite has both high oxygen reduction reaction (ORR) activity and high conductivity required as an oxygen electrode catalyst of a fuel cell.
The details of why Pt-Ln nanoparticles obtained by the process according to the present invention is unknown, in the reaction process, such as Ln x O y Cl z intermediates are produced, this intermediate is a specifically Pt It is considered that a Pt-Ln phase may be generated because it is a highly reactive substance.

（実施例１〜６）
［１． 試料の作製］
図１に、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子複合体の合成手順のフロー図を示す。表１に、合成条件を示す。まず、ＬｎＣｌ3（Ｌｎ＝Ｃｅ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ）を水に溶解し、水溶液を得た。この水溶液に２００ｍｇのＰｔ／Ｃ触媒を加え、分散液を得た。分散液中の仕込み組成は、Ｌｎ：Ｐｔ＝１：１とした。また、Ｐｔ／Ｃ触媒には、Ｐｔ／バルカン（登録商標）（田中貴金属工業（株）製、ＴＥＣ０Ｖ３０Ｅ、Ｐｔの担持量３０ｗｔ％）を用いた。 (Examples 1 to 6)
[1. Preparation of sample]
FIG. 1 shows a flow chart of the synthetic procedure of the Pt-Ln nanoparticle composite. Table 1 shows the synthesis conditions. First, LnCl 3 (Ln=Ce, La, Sm, Gd, Tb, Dy) was dissolved in water to obtain an aqueous solution. 200 mg of Pt/C catalyst was added to this aqueous solution to obtain a dispersion. The composition of the charge in the dispersion was Ln:Pt=1:1. As the Pt/C catalyst, Pt/Vulcan (registered trademark) (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo KK, TEC0V30E, Pt loading amount: 30 wt%) was used.

次に、エバポレータを用いて、７０℃で分散液を蒸発乾固させた。得られた粉末約５０ｍｇをＨ2／Ａｒ気流中で焼成し、水素還元体を得た。Ｈ2濃度は４ｖｏｌ％、焼成条件は８５０℃×２ｈとした。得られた水素還元体を１Ｍ硝酸水溶液で洗浄した。さらに、粉末を水洗し、８０℃で真空乾燥させ、Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子複合体を得た。 Next, the dispersion was evaporated to dryness at 70° C. using an evaporator. About 50 mg of the obtained powder was fired in an H 2 /Ar stream to obtain a hydrogen reductant. The H 2 concentration was 4 vol% and the firing conditions were 850° C.×2 h. The obtained hydrogen reductant was washed with a 1M nitric acid aqueous solution. Further, the powder was washed with water and vacuum dried at 80° C. to obtain a Pt-Ln nanoparticle composite.

Figure 2020128573
Figure 2020128573

［２． 試験方法］
［２．１． 粉末ＸＲＤ］
Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子複合体について、粉末ＸＲＤＸパターンを測定した。
［２．２． ＳＥＭ観察、ＴＥＭ観察、及び組成分析］
Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子複合体のＳＥＭ観察及びＴＥＭ観察を行った。また、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ、ＥＤＳ）を用いてＰｔ−Ｌｎナノ粒子の組成分析を行った。 [2. Test method]
[2.1. Powder XRD]
The powder XRDX pattern was measured for the Pt-Ln nanoparticle composite.
[2.2. SEM observation, TEM observation, and composition analysis]
SEM observation and TEM observation of the Pt-Ln nanoparticle composite were performed. In addition, composition analysis of Pt-Ln nanoparticles was performed using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX, EDS).

［２．３． 電気化学評価］
図２に、電気化学評価の手順のフロー図を示す。まず、アイオノマ溶液に合成した粉末を分散させ、インクを作製した。アイオノマ溶液には、水／２−プロパノール混合溶媒中にナフィオン（登録商標）を溶解させたものを用いた。次いで、グラッシーカーボン電極上に、Ｐｔ重量として約１μｇとなるようにインクを載せ、室温で乾燥させた。
次に、前処理として、０．０５〜１．２Ｖ、Ａｒｓａｔ．、ＣＶ走査速度：１０ｍＶ／ｓの条件下でサイクリックボルタンメトリーを行った。さらに、本測定として、０．０５〜１．０Ｖ、Ｏ2ｓａｔ．、正方向走引速度：１０ｍＶ／ｓ、回転数：１６００ｒｐｍの条件下でリニアスイープボルタンメトリーを行った。 [2.3. Electrochemical evaluation]
FIG. 2 shows a flow chart of the procedure of electrochemical evaluation. First, the synthesized powder was dispersed in an ionomer solution to prepare an ink. The ionomer solution used was Nafion (registered trademark) dissolved in a water/2-propanol mixed solvent. Next, the ink was placed on the glassy carbon electrode so that the weight of Pt was about 1 μg, and dried at room temperature.
Next, as a pretreatment, 0.05 to 1.2 V, Arsat. , CV scanning speed: 10 mV/s, cyclic voltammetry was performed. Furthermore, as the main measurement, 0.05 to 1.0 V, O 2 sat. The linear sweep voltammetry was performed under the conditions of forward sweep speed: 10 mV/s and rotation speed: 1600 rpm.

［３． 結果］
［３．１． 生成物の性状の概要］
表２に、同定された生成物の性状を示す。生成物の性状は、ＸＲＤで同定された相と、ＦＥ−ＳＥＭ、ＴＥＭでの組成分析で得られた値の双方から見積もった。
焼成後・洗浄前の試料（水素還元体）のＸＲＤパターンでは、Ｌｎのオキシ塩化物や酸化物に帰属されるＸＲＤピークが観測された。洗浄後の試料（Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子複合体）は、これらのピークが消失し、ＰｔとＬｎの化合物に帰属されるＸＲＤピークのみとなった。 [3. result]
[3.1. Overview of product properties]
Table 2 shows the properties of the identified products. The properties of the product were estimated from both the phase identified by XRD and the values obtained by composition analysis by FE-SEM and TEM.
In the XRD pattern of the sample (hydrogen reductant) after baking and before washing, an XRD peak attributed to Ln oxychloride or oxide was observed. In the sample (Pt-Ln nanoparticle composite) after washing, these peaks disappeared, and only the XRD peaks attributed to the compound of Pt and Ln remained.

試料に含まれている粒子の組成は、ＸＲＤで同定された結晶相、及び、ＦＥ−ＳＥＭ、ＴＥＭでの組成分析から、表２に示すように、Ｐｔ／Ｌｎ比（モル比）がおよそ１．８０以上１４．０以下の範囲にあると考えられた。これらの粒子の粒径は、いずれも２０ｎｍ以下であった。
実施例１のＴＥＭ観察において、コア部がＰｔ5Ｃｅであり、シェル部がＰｔであると考えられるナノ粒子が確認された。Ｌｎの性質は互いに類似しているため、他の組成のＰｔ−Ｌｎナノ粒子についても、同様の微構造が得られると考えられる。 The composition of the particles contained in the sample has a Pt/Ln ratio (molar ratio) of about 1 as shown in Table 2 from the crystal phase identified by XRD and the composition analysis by FE-SEM and TEM. It was considered to be in the range of 0.80 to 14.0. The particle size of each of these particles was 20 nm or less.
In the TEM observation of Example 1, nanoparticles which are considered to be Pt 5 Ce in the core part and Pt in the shell part were confirmed. Since the properties of Ln are similar to each other, it is considered that similar microstructures can be obtained for Pt-Ln nanoparticles having other compositions.

以上のように、本発明に係る方法によれば、２０ｎｍ以下の離散したＰｔ−Ｌｎナノ粒子、及び、それらが導電性担体表面に担持された複合体を簡便に合成することができることが分かった。また、合成・洗浄した段階で、Ｐｔシェル／Ｐｔ−Ｌｎコアの構造が得られていることが分かった。 As described above, according to the method of the present invention, it was found that discrete Pt-Ln nanoparticles having a particle size of 20 nm or less and a complex in which they are supported on the surface of a conductive carrier can be easily synthesized. .. It was also found that the structure of Pt shell/Pt-Ln core was obtained at the stage of synthesis and washing.

Figure 2020128573
Figure 2020128573

［３．２． 生成物の性状の詳細］
［３．２．１． 実施例１（Ｐｔ−Ｃｅ系）］
［Ａ． ＸＲＤパターン］
図３に、実施例１で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｃｅナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンを示す。図３において、焼成後の試料（洗浄前）では、Ｐｔ5ＣｅとＣｅＯＣｌに帰属されるＸＲＤピークが検出され、Ｐｔに帰属されるピークはほとんど検出されなかった。洗浄後の試料では、ＰｔとＣｅＯＣｌに帰属されるピークはほとんど検出されず、Ｐｔ5Ｃｅに帰属されるＸＲＤピークが検出された。 [3.2. Details of product properties]
[3.2.1. Example 1 (Pt-Ce system)]
[A. XRD pattern]
FIG. 3 shows a powder XRD pattern of the raw material used in Example 1, the hydrogen reductant after firing, and the Pt-Ce nanoparticle composite after washing. 3, in the sample after firing (before washing), the XRD peaks attributed to Pt 5 Ce and CeOCl were detected, and the peaks attributed to Pt were hardly detected. In the sample after washing, almost no peaks attributed to Pt and CeOCl were detected, and XRD peaks attributed to Pt 5 Ce were detected.

［Ｂ． ＦＥ−ＳＥＭ像及びＥＤＸスペクトル］
図４に、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子複合体のＦＥ−ＳＥＭ像（左上図：低倍率二次電子像、左下図：高倍率二次電子像、右上図：低倍率反射電子像、右下図：高倍率反射電子像）を示す。図４の二次電子像及び反射電子像のいずれにおいても、白いコントラストで見える粒子がＰｔ−Ｃｅ化合物である。大半のＰｔ−Ｃｅ化合物の粒子の粒径は、２０ｎｍ以下であった。 [B. FE-SEM image and EDX spectrum]
In FIG. 4, FE-SEM images of the Pt-Ce nanoparticle composite obtained in Example 1 (upper left figure: low-magnification secondary electron image, lower left figure: high-magnification secondary electron image, upper right figure: low-magnification reflection). Electron image, lower right figure: high magnification backscattered electron image). In both the secondary electron image and the backscattered electron image shown in FIG. 4, the particles that can be seen with white contrast are Pt-Ce compounds. The particle size of most Pt-Ce compound particles was 20 nm or less.

図５に、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子複合体のＦＥ−ＳＥＭ像（図５（Ａ）：反射電子像、図５（Ｂ）：二次電子像）を示す。図６及び図７に、図５に示すａｒｅａ１〜６で測定されたＥＤＸスペクトルを示す。さらに、表３に、ａｒｅａ１〜６のＰｔ／Ｃｅ比を示す。
図５の二次電子像及び反射電子像のいずれにおいても、白いコントラストで見える粒子がＰｔ−Ｃｅ化合物である。大半のＰｔ−Ｃｅ化合物の粒子の粒径は、２０ｎｍ以下であった。さらに、図５のａｒｅａ１〜５で分析されたＰｔ／Ｃｅ比（モル比）の値は、３．７５〜７．３３の間にあった。 FIG. 5 shows an FE-SEM image (FIG. 5(A): backscattered electron image, FIG. 5(B): secondary electron image) of the Pt—Ce nanoparticle composite obtained in Example 1. FIGS. 6 and 7 show EDX spectra measured by areas 1 to 6 shown in FIG. Further, Table 3 shows Pt/Ce ratios of areas 1 to 6.
In both the secondary electron image and the backscattered electron image shown in FIG. 5, the particles that can be seen with white contrast are Pt-Ce compounds. The particle size of most Pt-Ce compound particles was 20 nm or less. Further, the Pt/Ce ratio (molar ratio) values analyzed in areas 1 to 5 of FIG. 5 were between 3.75 and 7.33.

Figure 2020128573
Figure 2020128573

［Ｃ． ＴＥＭ像及びＴＥＭ−ＥＤＳスペクトル］
図８に、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子複合体のＴＥＭ像（図８（Ａ）：低倍率像、図８（Ｂ）：高倍率像）を示す。図９及び図１０に、図８に示すａｒｅａ１〜１１で測定されたＴＥＭ−ＥＤＳスペクトルを示す。さらに、表４に、ａｒｅａ１〜１１のＰｔ／Ｃｅ比を示す。 [C. TEM image and TEM-EDS spectrum]
FIG. 8 shows TEM images (FIG. 8(A): low-magnification image, FIG. 8(B): high-magnification image) of the Pt-Ce nanoparticle composite obtained in Example 1. 9 and 10 show TEM-EDS spectra measured by the areas 1 to 11 shown in FIG. Further, Table 4 shows Pt/Ce ratios of areas 1 to 11.

図８において、白いコントラストで見える粒子がＰｔ−Ｃｅ粒子である。図８の観察領域では、粒径５ｎｍ程度以下〜２０ｎｍの粒子が観測された。白いコントラストで見える粒子がまったくない箇所（ａｒｅａ１１、バックグラウンド）では、Ｐｔ及びＣｅのいずれも検出されなかった。これに対し、粒子の部分では、Ｐｔ／Ｃｅ比（モル比）の値が４．８５〜１３．９の間にあった。また、Ｃｅが検出されず、Ｐｔのみである粒子がごく一部存在した。ＸＲＤパターンで同定されたＰｔ5Ｃｅ（Ｐｔ／Ｃｅ＝５）からの組成分析値のずれは、ＸＲＤでは検出されなかった他の組成比の粒子や、Ｃｅを含まないＰｔが微量存在していることを示していると考えられる。 In FIG. 8, the particles seen with white contrast are Pt-Ce particles. In the observation region of FIG. 8, particles having a particle size of about 5 nm or less to 20 nm were observed. Neither Pt nor Ce was detected at a place where there were no particles visible in white contrast (area 11, background). On the other hand, in the particle portion, the value of Pt/Ce ratio (molar ratio) was between 4.85 and 13.9. Further, Ce was not detected, and only a part of particles containing Pt was present. The deviation of the compositional analysis value from Pt 5 Ce (Pt/Ce=5) identified by the XRD pattern is due to the presence of trace amounts of particles having other composition ratios not detected by XRD and Pt not containing Ce. It is thought that it shows that.

Figure 2020128573
Figure 2020128573

図１１（Ａ）に、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子のＤＦ−ＳＴＥＭ像を示す。図１１（Ｂ）に、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子のＢＦ−ＳＴＥＭ像を示す。図１２（Ａ）に、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子のＥＤＳスペクトルを示す。図１２（Ｂ）に、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子のＦＦＴパターンを示す。図１３に、図１１のＳＴＥＭ像に対応する結晶構造の模式図とシミュレーション像を示す。
図１１〜図１３に示すように、Ｐｔ5Ｃｅの構造に対応する格子縞（ＳＴＥＭ像）、及び電子線回折図形が観測された。 FIG. 11A shows a DF-STEM image of the Pt-Ce nanoparticles obtained in Example 1. FIG. 11B shows a BF-STEM image of the Pt-Ce nanoparticles obtained in Example 1. FIG. 12(A) shows the EDS spectrum of the Pt—Ce nanoparticles obtained in Example 1. FIG. 12B shows the FFT pattern of the Pt—Ce nanoparticles obtained in Example 1. FIG. 13 shows a schematic diagram of a crystal structure corresponding to the STEM image of FIG. 11 and a simulation image.
As shown in FIGS. 11 to 13, lattice fringes (STEM images) corresponding to the structure of Pt 5 Ce and electron diffraction patterns were observed.

図１４（Ａ）に、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子のＤＦ−ＳＴＥＭ像を示す。図１４（Ｂ）に、図１４（Ａ）のＳＴＥＭ像に対応する結晶構造の模式図とシミュレーション像を示す。図１５に、図１４（Ａ）に示すａｒｅａ１又は２で測定されたＥＤＳスペクトルを示す。
図１４に示すように、図１１とは別の粒子においても、同様にＰｔ5Ｃｅの構造に対応する格子縞（ＳＴＥＭ像）が観測された。さらに、粒子の中央部にはＰｔとＣｅが検出されたのに対して、粒子の表面近傍ではＰｔのみが検出された。つまり、図１４に示す粒子は、Ｐｔシェル／Ｐｔ5Ｃｅコアの構造であると考えられた。コアシェル構造であることも、ＸＲＤパターンで同定されたＰｔ5Ｃｅ（Ｐｔ／Ｃｅ＝５）からの組成分析値のずれの一因であると考えられる。 FIG. 14(A) shows a DF-STEM image of the Pt-Ce nanoparticles obtained in Example 1. FIG. 14B shows a schematic diagram of a crystal structure and a simulation image corresponding to the STEM image of FIG. FIG. 15 shows an EDS spectrum measured by area 1 or 2 shown in FIG.
As shown in FIG. 14, lattice fringes (STEM image) corresponding to the Pt 5 Ce structure were also observed in the particles different from those in FIG. Further, Pt and Ce were detected in the central portion of the particle, whereas only Pt was detected near the surface of the particle. That is, the particles shown in FIG. 14 were considered to have a structure of Pt shell/Pt 5 Ce core. The core-shell structure is also considered to be one of the causes of the deviation of the composition analysis value from Pt 5 Ce (Pt/Ce=5) identified by the XRD pattern.

［３．２．２． 実施例２（Ｐｔ−Ｌａ系）］
［Ａ． ＸＲＤパターン］
図１６に、実施例２で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｌａナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンを示す。図１６において、焼成後の試料（洗浄前）には、Ｐｔ5ＬａとＬａＯＣｌに帰属されるＸＲＤピークが検出され、Ｐｔに帰属されるピークはほとんど検出されなかった。洗浄後の試料では、ＰｔやＬａＯＣｌに帰属されるピークはほとんど検出されず、Ｐｔ5Ｌａに帰属されるＸＲＤピークが検出された。 [3.2.2. Example 2 (Pt-La system)]
[A. XRD pattern]
FIG. 16 shows a powder XRD pattern of the raw materials used in Example 2, the hydrogen reductant after firing, and the Pt-La nanoparticle composite after washing. In FIG. 16, an XRD peak attributed to Pt 5 La and LaOCl was detected and a peak attributed to Pt was hardly detected in the sample after firing (before washing). In the sample after washing, almost no peaks attributed to Pt or LaOCl were detected, and XRD peaks attributed to Pt 5 La were detected.

［Ｂ． ＦＥ−ＳＥＭ像及びＥＤＸ組成分析］
図１７に、実施例２で得られたＰｔ−Ｌａナノ粒子複合体の二次電子像（図１７（Ａ））及び反射電子像（図１７（Ｂ））を示す。さらに、表５に、ａｒｅａ１〜５のＰｔ／Ｌａ比を示す。
図１７の二次電子像及び反射電子像のいずれにおいても、白いコントラストで見える粒子がＰｔ−Ｌａ化合物である。それらの大半の粒子の粒径は、２０ｎｍ以下であった。また、Ｐｔ／Ｌａ比（モル比）の値は、５．３８〜７．６０の範囲であった。 [B. FE-SEM image and EDX composition analysis]
FIG. 17 shows a secondary electron image (FIG. 17(A)) and a backscattered electron image (FIG. 17(B)) of the Pt-La nanoparticle composite obtained in Example 2. Further, Table 5 shows the Pt/La ratios of areas 1 to 5.
In both the secondary electron image and the backscattered electron image shown in FIG. 17, the particles that can be seen with white contrast are Pt-La compounds. The particle size of most of them was 20 nm or less. The value of Pt/La ratio (molar ratio) was in the range of 5.38 to 7.60.

Figure 2020128573
Figure 2020128573

［３．２．３． 実施例３（Ｐｔ−Ｓｍ系）］
［Ａ． ＸＲＤパターン］
図１８に、実施例３で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｓｍナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンを示す。図１８において、焼成後の試料（洗浄前）には、Ｐｔ5ＳｍとＳｍＯＣｌに帰属されるＸＲＤピークが検出され、Ｐｔに帰属されるピークはほとんど検出されなかった。洗浄後の試料では、ＰｔやＳｍＯＣｌに帰属されるピークはほとんど検出されず、Ｐｔ5Ｓｍに帰属されるＸＲＤピークが検出された。 [3.2.3. Example 3 (Pt-Sm system)]
[A. XRD pattern]
FIG. 18 shows a powder XRD pattern of the raw materials used in Example 3, the hydrogen reductant after firing, and the Pt-Sm nanoparticle composite after washing. In FIG. 18, an XRD peak attributed to Pt 5 Sm and SmOCl was detected and a peak attributed to Pt was hardly detected in the sample after firing (before washing). In the sample after washing, almost no peaks attributed to Pt or SmOCl were detected, and XRD peaks attributed to Pt 5 Sm were detected.

［Ｂ． ＦＥ−ＳＥＭ像及びＥＤＸ組成分析］
図１９に、実施例３で得られたＰｔ−Ｓｍナノ粒子複合体の二次電子像（図１９（Ａ））及び反射電子像（図１９（Ｂ））を示す。さらに、表６に、ａｒｅａ１〜６のＰｔ／Ｓｍ比を示す。
図１９の二次電子像及び反射電子像のいずれにもいても、白いコントラストで見える粒子がＰｔ−Ｓｍ化合物である。それらの大半の粒子の粒径は、２０ｎｍ以下であった。また、Ｐｔ／Ｓｍ比（モル比）の値は、５．５０〜１４．０の範囲であった。 [B. FE-SEM image and EDX composition analysis]
FIG. 19 shows a secondary electron image (FIG. 19(A)) and a backscattered electron image (FIG. 19(B)) of the Pt—Sm nanoparticle composite obtained in Example 3. Further, Table 6 shows Pt/Sm ratios of areas 1 to 6.
In both the secondary electron image and the backscattered electron image of FIG. 19, the particles that can be seen with white contrast are Pt—Sm compounds. The particle size of most of them was 20 nm or less. The value of Pt/Sm ratio (molar ratio) was in the range of 5.50 to 14.0.

Figure 2020128573
Figure 2020128573

［３．２．４． 実施例４（Ｐｔ−Ｇｄ系）］
［Ａ． ＸＲＤパターン］
図２０に、実施例４で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｇｄナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンを示す。なお、図２０中、Ｐｔ5Ｇｄのピークは、参考文献１に記載のＣｕ5Ｃａ構造で同定した。
図２０において、焼成後の試料（洗浄前）には、Ｐｔ5Ｇｄ、Ｐｔ2ＧｄとＧｄＯＣｌに帰属されるＸＲＤピークが検出され、Ｐｔに帰属されるピークはほとんど検出されなかった。洗浄後の試料では、ＰｔとＧｄＯＣｌに帰属されるピークはほとんど検出されず、Ｐｔ5ＧｄとＰｔ2Ｇｄに帰属されるＸＲＤピークが検出された。
［参考文献１］Science, 352, 73(2016) [3.2.4. Example 4 (Pt-Gd system)]
[A. XRD pattern]
FIG. 20 shows a powder XRD pattern of the raw material used in Example 4, the hydrogen reductant after firing, and the Pt-Gd nanoparticle composite after washing. In FIG. 20, the peak of Pt 5 Gd was identified by the Cu 5 Ca structure described in Reference 1.
In FIG. 20, XRD peaks attributed to Pt 5 Gd, Pt 2 Gd and GdOCl were detected and almost no peaks attributed to Pt were detected in the sample after firing (before washing). In the sample after washing, almost no peaks attributed to Pt and GdOCl were detected, and XRD peaks attributed to Pt 5 Gd and Pt 2 Gd were detected.
[Reference 1] Science, 352, 73 (2016)

［Ｂ． ＦＥ−ＳＥＭ像及びＥＤＸ組成分析］
図２１に、実施例４で得られたＰｔ−Ｇｄナノ粒子複合体の二次電子像（図２１（Ａ））及び反射電子像（図２１（Ｂ））を示す。さらに、表７に、ａｒｅａ１〜６のＰｔ／Ｇｄ比を示す。
図２１の二次電子像及び反射電子像のいずれにもいても、白いコントラストで見える粒子がＰｔ−Ｇｄ化合物である。それらの大半の粒子の粒径は、２０ｎｍ以下であった。また、Ｐｔ／Ｇｄ比（モル比）の値は、８．３０〜１０．８０の範囲であった。 [B. FE-SEM image and EDX composition analysis]
FIG. 21 shows a secondary electron image (FIG. 21(A)) and a backscattered electron image (FIG. 21(B)) of the Pt-Gd nanoparticle composite obtained in Example 4. Further, Table 7 shows Pt/Gd ratios of areas 1 to 6.
In both of the secondary electron image and the backscattered electron image of FIG. 21, the particles that can be seen with white contrast are Pt-Gd compounds. The particle size of most of them was 20 nm or less. The value of Pt/Gd ratio (molar ratio) was in the range of 8.30 to 10.80.

Figure 2020128573
Figure 2020128573

［３．２．５． 実施例５（Ｐｔ−Ｔｂ系）］
［Ａ． ＸＲＤパターン］
図２２に、実施例５で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｔｂナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンを示す。なお、図２２中、Ｐｔ5Ｔｂのピークは、参考文献１に記載のＣｕ5Ｃａ構造で同定した。また、Ｐｔ3Ｔｂのピーク（▲）は、pdf Card No. 04-001-1236で同定した。さらに、Ｐｔ3Ｔｂのピーク（▼）は、pdf Card No. 04-001-1239で同定した。
図２２において、焼成後の試料（洗浄前）には、Ｐｔ5Ｔｂ、Ｐｔ3Ｔｂ、ＴｂＯＣｌ、及びＴｂ2Ｏ3に帰属されるＸＲＤピークが検出され、Ｐｔに帰属されるピークはほとんど検出されなかった。洗浄後の試料では、Ｐｔ、ＴｂＯＣｌ、及びＴｂ2Ｏ3に帰属されるピークはほとんど検出されず、Ｐｔ5ＴｂとＰｔ3Ｔｂに帰属されるＸＲＤピークが検出された。 [3.2.5. Example 5 (Pt-Tb system)]
[A. XRD pattern]
FIG. 22 shows powder XRD patterns of the raw materials used in Example 5, the hydrogen reductant after firing, and the Pt-Tb nanoparticle composite after washing. In FIG. 22, the peak of Pt 5 Tb was identified by the Cu 5 Ca structure described in Reference 1. The peak of Pt 3 Tb (▲) was identified by pdf Card No. 04-001-1236. Further, the peak (▼) of Pt 3 Tb was identified by pdf Card No. 04-001-1239.
22, in the sample after firing (before washing), XRD peaks attributed to Pt 5 Tb, Pt 3 Tb, TbOCl, and Tb 2 O 3 were detected, and most of the peaks attributed to Pt were detected. There wasn't. In the sample after washing, almost no peaks attributed to Pt, TbOCl, and Tb 2 O 3 were detected, and XRD peaks attributed to Pt 5 Tb and Pt 3 Tb were detected.

［Ｂ． ＦＥ−ＳＥＭ像及びＥＤＸ組成分析］
図２３に、実施例５で得られたＰｔ−Ｔｂナノ粒子複合体の二次電子像（図２３（Ａ））及び反射電子像（図２３（Ｂ））を示す。さらに、表８に、ａｒｅａ１〜５のＰｔ／Ｔｂ比を示す。
図２３の二次電子像及び反射電子像のいずれにもいても、白いコントラストで見える粒子がＰｔ−Ｔｂ化合物である。それらの大半の粒子の粒径は、２０ｎｍ以下であった。また、Ｐｔ／Ｔｂ比（モル比）の値は、１．８４〜７．５６の範囲であった。 [B. FE-SEM image and EDX composition analysis]
FIG. 23 shows a secondary electron image (FIG. 23(A)) and a backscattered electron image (FIG. 23(B)) of the Pt-Tb nanoparticle composite obtained in Example 5. Further, Table 8 shows Pt/Tb ratios of areas 1 to 5.
In both the secondary electron image and the backscattered electron image shown in FIG. 23, the particles seen with white contrast are Pt-Tb compounds. The particle size of most of them was 20 nm or less. The value of Pt/Tb ratio (molar ratio) was in the range of 1.84 to 7.56.

Figure 2020128573
Figure 2020128573

［３．２．６． 実施例６（Ｐｔ−Ｄｙ系）］
［Ａ． ＸＲＤパターン］
図２４に、実施例６で用いた原料、焼成後の水素還元体、及び洗浄後のＰｔ−Ｄｙナノ粒子複合体の粉末ＸＲＤパターンを示す。なお、図２４中、Ｐｔ5Ｄｙのピークは、参考文献１に記載のＣｕ5Ｃａ構造で同定した。
図２４において、焼成後の試料（洗浄前）には、Ｐｔ5Ｄｙ、Ｐｔ3Ｄｙ、及びＤｙ2Ｏ3に帰属されるＸＲＤピークが検出され、Ｐｔに帰属されるピークはほとんど検出されなかった。洗浄後の試料では、Ｐｔ、及びＤｙ2Ｏ3に帰属されるピークはほとんど検出されず、Ｐｔ5ＤｙとＰｔ3Ｄｙに帰属されるＸＲＤピークが検出された。 [3.2.6. Example 6 (Pt-Dy system)]
[A. XRD pattern]
FIG. 24 shows powder XRD patterns of the raw materials used in Example 6, the hydrogen reductant after firing, and the Pt-Dy nanoparticle composite after washing. In addition, in FIG. 24, the peak of Pt 5 Dy was identified by the Cu 5 Ca structure described in Reference 1.
In FIG. 24, an XRD peak attributed to Pt 5 Dy, Pt 3 Dy, and Dy 2 O 3 was detected in the sample after firing (before washing), and a peak attributed to Pt was hardly detected. .. In the sample after washing, almost no peaks attributed to Pt and Dy 2 O 3 were detected, and XRD peaks attributed to Pt 5 Dy and Pt 3 Dy were detected.

［Ｂ． ＦＥ−ＳＥＭ像及びＥＤＸ組成分析］
図２５に、実施例６で得られたＰｔ−Ｄｙナノ粒子複合体の二次電子像（図２５（Ａ））及び反射電子像（図２５（Ｂ））を示す。さらに、表９に、ａｒｅａ１〜５のＰｔ／Ｄｙ比を示す。
図２５の二次電子像及び反射電子像のいずれにもいても、白いコントラストで見える粒子がＰｔ−Ｄｙ化合物である。それらの大半の粒子の粒径は、２０ｎｍ以下であった。また、Ｐｔ／Ｄｙ比（モル比）の値は、４．４７〜６．４２の範囲であった。 [B. FE-SEM image and EDX composition analysis]
FIG. 25 shows a secondary electron image (FIG. 25(A)) and a backscattered electron image (FIG. 25(B)) of the Pt-Dy nanoparticle composite obtained in Example 6. Further, Table 9 shows Pt/Dy ratios of areas 1 to 5.
In both the secondary electron image and the backscattered electron image shown in FIG. 25, the particles that can be seen with white contrast are Pt-Dy compounds. The particle size of most of them was 20 nm or less. The value of Pt/Dy ratio (molar ratio) was in the range of 4.47 to 6.42.

Figure 2020128573
Figure 2020128573

［３．３． 電気化学特性］
図２６に、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子複合体のリニアスイープボルタモグラムを示す。燃料電池の酸素極（カソード）に使用する触媒には、次の式（２）で表される酸素還元反応（ＯＲＲ）に対する活性が必要である。
１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
図２６に示すように、実施例１で得られたＰｔ−Ｃｅナノ粒子複合体には、ＯＲＲに対応すると考えられる還元電流が観測された。 [3.3. Electrochemical properties]
FIG. 26 shows a linear sweep voltammogram of the Pt-Ce nanoparticle composite obtained in Example 1. The catalyst used for the oxygen electrode (cathode) of the fuel cell is required to have activity for the oxygen reduction reaction (ORR) represented by the following formula (2).
1/2O 2 +2H + +2e − → H 2 O (2)
As shown in FIG. 26, in the Pt-Ce nanoparticle composite obtained in Example 1, a reduction current considered to correspond to ORR was observed.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

本発明に係るＰｔ−Ｌｎナノ粒子及びＰｔ−Ｌｎナノ粒子複合体は、自動車用動力源、定置型小型発電機等に用いられる燃料電池の酸素極の電極触媒として用いることができる。 The Pt-Ln nanoparticle and the Pt-Ln nanoparticle composite according to the present invention can be used as an electrode catalyst of an oxygen electrode of a fuel cell used for a power source for automobiles, a small stationary generator, and the like.

Claims (6)

Ｐｔと、ランタノイド元素（Ｌｎ）とを含むＰｔ−Ｌｎ相を備え、
Ｐｔ／Ｌｎ比（モル比）が１．８０以上１４．０以下であり、
平均粒径が２０ｎｍ以下である
Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子。 A Pt-Ln phase containing Pt and a lanthanoid element (Ln),
The Pt/Ln ratio (molar ratio) is 1.80 or more and 14.0 or less,
Pt-Ln nanoparticles having an average particle size of 20 nm or less. 次の式（１）の関係を満たす請求項１に記載のＰｔ−Ｌｎナノ粒子。
Ｉ／Ｉ0≦０．０５ …（１）
但し、
Ｉは、前記Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子に含まれるＬｎxＯyＣｌz相のＸＲＤ最強線ピーク強度、
Ｉ0は、前記Ｐｔ−Ｌｎナノ粒子に含まれる前記Ｐｔ−Ｌｎ相のＸＲＤ最強線ピーク強度。 The Pt-Ln nanoparticles according to claim 1, which satisfy the relationship of the following formula (1).
I/I 0 ≦0.05 (1)
However,
I is, Ln x O y Cl z XRD strongest peak intensity of the phase contained in the Pt-Ln nanoparticles,
I 0 is the XRD strongest line peak intensity of the Pt-Ln phase contained in the Pt-Ln nanoparticles. ２種以上の前記Ｐｔ−Ｌｎ相を備えている請求項１又は２に記載のＰｔ−Ｌｎナノ粒子。 The Pt-Ln nanoparticles according to claim 1 or 2, comprising two or more kinds of the Pt-Ln phases. 表層部のＬｎ濃度が中心部のＬｎ濃度より低い請求項１から３までのいずれか１項に記載のＰｔ−Ｌｎナノ粒子。 The Pt-Ln nanoparticles according to any one of claims 1 to 3, wherein the Ln concentration in the surface layer portion is lower than the Ln concentration in the central portion. カーボン担体と、
前記カーボン担体表面に担持された、請求項１から４までのいずれか１項に記載のＰｔ−Ｌｎナノ粒子と
を備えたＰｔ−Ｌｎナノ粒子複合体。 A carbon carrier,
A Pt-Ln nanoparticle composite comprising the Pt-Ln nanoparticles according to any one of claims 1 to 4, which is supported on the surface of the carbon carrier. カーボン担体表面にＰｔナノ粒子が担持されたＰｔ担持カーボンをＬｎＣｌ3（Ｌｎは、ランタノイド元素）水溶液に分散させ、分散液を得る第１工程と、
前記分散液を蒸発乾固させ、前記Ｐｔ担持カーボンとＬｎ化合物との混合物を得る第２工程と、
前記混合物を水素雰囲気下で加熱し、水素還元体を得る第３工程と、
前記水素還元体を洗浄し、ＬｎxＯyＣｌz相を除去する第４工程と
を備えたＰｔ−Ｌｎナノ粒子複合体の製造方法。 A first step of dispersing Pt-supported carbon in which Pt nanoparticles are supported on the surface of a carbon support in an aqueous solution of LnCl 3 (Ln is a lanthanoid element) to obtain a dispersion liquid;
A second step of evaporating the dispersion to dryness to obtain a mixture of the Pt-supporting carbon and the Ln compound;
A third step of heating the mixture under a hydrogen atmosphere to obtain a hydrogen reductant;
The washed hydrogen reductant, Ln x O y Cl z fourth step in the method of manufacturing the Pt-Ln nanoparticle composite having a for removing phase.
JP2019021511A 2019-02-08 2019-02-08 Pt-Ln nanoparticles, Pt-Ln nanoparticles composite, and method for producing the same. Active JP6904371B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019021511A JP6904371B2 (en) 2019-02-08 2019-02-08 Pt-Ln nanoparticles, Pt-Ln nanoparticles composite, and method for producing the same.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019021511A JP6904371B2 (en) 2019-02-08 2019-02-08 Pt-Ln nanoparticles, Pt-Ln nanoparticles composite, and method for producing the same.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020128573A true JP2020128573A (en) 2020-08-27
JP6904371B2 JP6904371B2 (en) 2021-07-14

Family

ID=72175297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019021511A Active JP6904371B2 (en) 2019-02-08 2019-02-08 Pt-Ln nanoparticles, Pt-Ln nanoparticles composite, and method for producing the same.

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6904371B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112077331A (en) * 2020-09-10 2020-12-15 西北有色金属研究院 Preparation method of carbon material-loaded nanoscale multicomponent alloy

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10214630A (en) * 1997-01-30 1998-08-11 Asahi Glass Co Ltd Solid polymer type fuel cell
JP2006236927A (en) * 2005-02-28 2006-09-07 Asahi Glass Co Ltd Membrane electrode junction for solid polymer fuel cell
JP2012533837A (en) * 2009-07-17 2012-12-27 ダンマークス テクニスク ユニバーシテット Platinum and palladium alloys suitable as fuel cell electrodes
JP2015527693A (en) * 2012-07-06 2015-09-17 デンマークス・テクニスク・ユニベルシタツトＤａｎｍａｒｋｓ Ｔｅｋｎｉｓｋｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｔ Platinum and palladium alloys suitable as fuel cell electrodes
JP2015204216A (en) * 2014-04-15 2015-11-16 トヨタ自動車株式会社 Electrode catalyst for fuel cell, and method of manufacturing electrode catalyst for fuel cell
JP2018507097A (en) * 2014-12-22 2018-03-15 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ Carbon supported catalyst containing modifier and method for producing carbon supported catalyst
WO2018073292A1 (en) * 2016-10-20 2018-04-26 Basf Se A process for producing a catalyst comprising an intermetallic compound and a catalyst produced by the process

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10214630A (en) * 1997-01-30 1998-08-11 Asahi Glass Co Ltd Solid polymer type fuel cell
JP2006236927A (en) * 2005-02-28 2006-09-07 Asahi Glass Co Ltd Membrane electrode junction for solid polymer fuel cell
JP2012533837A (en) * 2009-07-17 2012-12-27 ダンマークス テクニスク ユニバーシテット Platinum and palladium alloys suitable as fuel cell electrodes
JP2015527693A (en) * 2012-07-06 2015-09-17 デンマークス・テクニスク・ユニベルシタツトＤａｎｍａｒｋｓ Ｔｅｋｎｉｓｋｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｔ Platinum and palladium alloys suitable as fuel cell electrodes
JP2015204216A (en) * 2014-04-15 2015-11-16 トヨタ自動車株式会社 Electrode catalyst for fuel cell, and method of manufacturing electrode catalyst for fuel cell
JP2018507097A (en) * 2014-12-22 2018-03-15 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ Carbon supported catalyst containing modifier and method for producing carbon supported catalyst
WO2018073292A1 (en) * 2016-10-20 2018-04-26 Basf Se A process for producing a catalyst comprising an intermetallic compound and a catalyst produced by the process
JP2020501875A (en) * 2016-10-20 2020-01-23 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ Method for producing catalyst containing intermetallic compound and catalyst produced by the method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112077331A (en) * 2020-09-10 2020-12-15 西北有色金属研究院 Preparation method of carbon material-loaded nanoscale multicomponent alloy

Also Published As

Publication number Publication date
JP6904371B2 (en) 2021-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hong et al. Bimetallic PdPt nanowire networks with enhanced electrocatalytic activity for ethylene glycol and glycerol oxidation
Lv et al. One-pot aqueous synthesis of ultrathin trimetallic PdPtCu nanosheets for the electrooxidation of alcohols
Kim et al. Star-shaped Pd@ Pt core–shell catalysts supported on reduced graphene oxide with superior electrocatalytic performance
Huo et al. A rational synthesis of single-atom iron–nitrogen electrocatalysts for highly efficient oxygen reduction reaction
Zhai et al. Energetic carbon-based hybrids: green and facile synthesis from soy milk and extraordinary electrocatalytic activity towards ORR
Zhang et al. Fabrication of Pd/P nanoparticle networks with high activity for methanol oxidation
Yu et al. Easy preparation of multifunctional ternary PdNiP/C catalysts toward enhanced small organic molecule electro-oxidation and hydrogen evolution reactions
Ghosh et al. Pt–Pd alloy nanoparticle-decorated carbon nanotubes: a durable and methanol tolerant oxygen reduction electrocatalyst
Fu et al. Highly branched PtCu bimetallic alloy nanodendrites with superior electrocatalytic activities for oxygen reduction reactions
Zhu et al. Structurally ordered Pt–Zn/C series nanoparticles as efficient anode catalysts for formic acid electrooxidation
Xiao et al. Self-deposition of Pt nanocrystals on Mn 3 O 4 coated carbon nanotubes for enhanced oxygen reduction electrocatalysis
Bin et al. Facile synthesis of PVP-assisted PtRu/RGO nanocomposites with high electrocatalytic performance for methanol oxidation
Ghosh et al. Carbon nanotube-supported dendritic Pt-on-Pd nanostructures: growth mechanism and electrocatalytic activity towards oxygen reduction reaction
US9905859B2 (en) Catalyst for solid polymer fuel cell and method for manufacturing the same
Zou et al. Highly alloyed PtRu black electrocatalysts for methanol oxidation prepared using magnesia nanoparticles as sacrificial templates
Wu et al. PtCu–O highly excavated octahedral nanostructures built with nanodendrites for superior alcohol electrooxidation
JP2016003396A (en) Synthesis of alloy nanoparticles as stable core for core-shell electrode catalysts
Zhao et al. A novel strategy for the synthesis of hollow Pt–Cu tetradecahedrons as an efficient electrocatalyst toward methanol oxidation
Park et al. Ni-single atom decorated mesoporous carbon electrocatalysts for hydrogen evolution reaction
Luo et al. Synthesis and electrochemical properties of graphene supported PtNi nanodendrites
KR102188587B1 (en) Method of synthesizing transition metal single-atom catalysts
Kim et al. Carbon-encapsulated multi-phase nanocomposite of W 2 C@ WC 1− x as a highly active and stable electrocatalyst for hydrogen generation
Zhang et al. Simple synthesis of bimetallic alloyed Pd–Au nanochain networks supported on reduced graphene oxide for enhanced oxygen reduction reaction
Li et al. Insights into the morphology and composition effects of one-dimensional CuPt nanostructures on the electrocatalytic activities and methanol oxidation mechanism by in situ FTIR
Song et al. Simple polyol synthesis of porous coral-like palladium–silver alloy nanostructures with enhanced electrocatalytic activity for glycerol oxidation reaction

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200720

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210323

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210413

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210511

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210525

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210607

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6904371

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150