JP2021134367A - Noble metal paste - Google Patents

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雄太 高橋
Yuta Takahashi
雄太 高橋
良介 冨岡
Ryosuke Tomioka
良介 冨岡
健太 岩瀬
Kenta Iwase
健太 岩瀬
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Abstract

To provide a noble metal paste that improves electrode activity.SOLUTION: Provided is a noble metal paste that comprises a metal powder made of platinum or platinum alloy, a solid electrolyte powder made of zirconia or yttria-stabilized zirconia, an organometallic compound containing at least one of organoaluminum compound, organomagnesium compound and organocalcium compound, and a vehicle.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、貴金属ペーストに関するものである。より具体的には、酸素やNOx等のガスセンサの電極を製造するための貴金属ペーストに関する。 The present invention relates to a noble metal paste. More specifically, it relates to a noble metal paste for producing an electrode of a gas sensor such as oxygen or NOx.

酸素やNOx等のガスセンサの電極において、高い電極活性を得るため、電極膜中にて電極触媒である白金または白金合金と、固体電解質であるジルコニアまたはイットリア安定化ジルコニアと、酸素等のガスと、の三成分が接触する面(三相界面)を多数形成することが重要とされている。 In order to obtain high electrode activity in the electrodes of gas sensors such as oxygen and NOx, platinum or a platinum alloy as an electrode catalyst, zirconia or yttria-stabilized zirconia as a solid electrolyte, and a gas such as oxygen are used in the electrode film. It is important to form a large number of surfaces (three-phase interfaces) where the three components of the above are in contact.

特許文献1には、酸素センサの電極形成方法として、電極材である白金粉末といたしました。イットリア安定化ジルコニア粉末を所定の比率で混合してさらに溶剤、樹脂を添加してペーストを得、イットリア安定化ジルコニア基材上に該ペーストを塗布、乾燥、焼成して電極を形成する方法が提案されている。 In Patent Document 1, platinum powder, which is an electrode material, is used as the electrode forming method for the oxygen sensor. A method is proposed in which yttria-stabilized zirconia powder is mixed at a predetermined ratio, a solvent and a resin are further added to obtain a paste, and the paste is applied, dried, and fired on an yttria-stabilized zirconia substrate to form an electrode. Has been done.

特開昭57−165758号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-165758

ガスセンサの電極(電極触媒層)で高い電極活性を得るには三相界面を多数形成することが重要である。 It is important to form a large number of three-phase interfaces in order to obtain high electrode activity at the electrode (electrode catalyst layer) of the gas sensor.

特許文献1においては、白金粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末と溶剤と樹脂とを含むペーストにおいて、三相界面を増加させる手段として、白金粉末とイットリア安定化ジルコニア粉末の粒径を小さくすることが開示されている。しかしながら、白金粉末やイットリア安定化ジルコニアの粒子サイズを小さくしていくと、ペースト化工程で同一粒子が凝集し、ペースト中での分散が不十分となる。そのため、粒子の微細化手法は限界がある。上記従来技術では三相界面が十分得られていないことが問題であり、三相界面を多数形成することが課題である。 Patent Document 1 discloses that in a paste containing platinum powder, yttria-stabilized zirconia powder, solvent and resin, the particle size of platinum powder and yttria-stabilized zirconia powder is reduced as a means for increasing the three-phase interface. Has been done. However, if the particle size of platinum powder or yttria-stabilized zirconia is reduced, the same particles agglomerate in the pasting step, resulting in insufficient dispersion in the paste. Therefore, there is a limit to the particle miniaturization method. The problem is that the three-phase interfaces are not sufficiently obtained in the above-mentioned prior art, and it is a problem to form a large number of three-phase interfaces.

本発明の目的は、上述した従来技術の課題を解決し、電極活性が向上する貴金属ペーストを提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a noble metal paste having improved electrode activity.

電極膜中の白金または白金合金は、ペーストが基材へ塗布・印刷されたのち、焼成される過程で熱の影響を受けて凝集および粒成長する。その結果、三相界面が多数形成されず、電極活性が低下する。ペーストを焼成する工程は電極の形成に不可欠であり、いかにこの焼成工程においてこの白金または白金合金の凝集ないし粒成長を抑えるかが重要である。 The platinum or platinum alloy in the electrode film aggregates and grows under the influence of heat in the process of firing after the paste is applied and printed on the substrate. As a result, a large number of three-phase interfaces are not formed, and the electrode activity is lowered. The step of firing the paste is indispensable for the formation of electrodes, and it is important how to suppress the aggregation or grain growth of this platinum or platinum alloy in this firing step.

本発明者らは、更なる高い電極活性を得る目的を達成すべく鋭意検討した結果、白金または白金合金からなる金属粉末と、ジルコニアまたはイットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質粉末とに加え、焼成過程で金属酸化物となる有機金属化合物、例えば、有機アルミニウム化合物、有機マグネシウム化合物、有機カルシウム化合物のうち少なくとも一つ以上を含む有機金属化合物をペーストの構成要素に含ませるように選択すると、三相界面が多数形成され、電極活性が向上することを見出した。 As a result of diligent studies to achieve the purpose of obtaining a higher electrode activity, the present inventors have added a metal powder made of platinum or a platinum alloy and a solid electrolyte powder made of zirconia or ittria-stabilized zirconia, and a firing process. When an organometallic compound which becomes a metal oxide in the above, for example, an organometallic compound containing at least one of an organic aluminum compound, an organic magnesium compound, and an organic calcium compound is selected to be included in the components of the paste, a three-phase interface is selected. It was found that a large number of compounds were formed and the electrode activity was improved.

本発明に従うと、電極活性が向上する貴金属ペーストを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a noble metal paste having improved electrode activity.

実施例1の電極膜断面中のアルミニウム分布を示す図である。It is a figure which shows the aluminum distribution in the cross section of the electrode film of Example 1. FIG. 比較例1の電極膜断面中のアルミニウム分布を示す図である。It is a figure which shows the aluminum distribution in the cross section of the electrode film of the comparative example 1. FIG. 実施例1の電極膜断面のSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image of the electrode film cross section of Example 1. FIG. 比較例1の電極膜断面のSEM像を示す図である。It is a figure which shows the SEM image of the cross section of the electrode film of the comparative example 1. FIG.

以下、本発明の白金または白金ペーストについて、さらに詳細に説明する。 Hereinafter, the platinum or platinum paste of the present invention will be described in more detail.

本発明の白金または白金ペーストは、白金または白金合金からなる金属粉末と、ジルコニアまたはイットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質粉末と、有機アルミニウム化合物、有機マグネシウム化合物、有機カルシウム化合物のうち少なくとも一つ以上を含む有機金属化合物と、ビヒクルを含む、ことを特徴とするペーストである。 The platinum or platinum paste of the present invention contains at least one of a metal powder made of platinum or a platinum alloy, a solid electrolyte powder made of zirconia or yttria-stabilized zirconia, and an organoaluminum compound, an organomagnesium compound, and an organocalcium compound. It is a paste characterized by containing an organometallic compound containing and a vehicle.

以下、白金または白金ペーストを説明する。 Hereinafter, platinum or platinum paste will be described.

本発明の金属粉末は、白金または白金合金からなる。例えば、Pt粉末、PtRh粉末、PtAu粉末を用いることができる。金属粉末の粒子径は0.1μm以上、10μm以下であることが好ましい。白金または白金合金粉末の割合は全ペースト中、40〜80mass%が好ましい。 The metal powder of the present invention is made of platinum or a platinum alloy. For example, Pt powder, PtRh powder, and PtAu powder can be used. The particle size of the metal powder is preferably 0.1 μm or more and 10 μm or less. The ratio of platinum or platinum alloy powder is preferably 40 to 80 mass% in the total paste.

本発明に含まれる固体電解質粉末はジルコニアまたはイットリア安定化ジルコニアを用いる。固体電解質粉末の粒子径は0.01μm以上、1μm以下であることが好ましい。固体電解質粉末の割合は全ペースト中、2〜25mass%が好ましい。 Zirconia or yttria-stabilized zirconia is used as the solid electrolyte powder contained in the present invention. The particle size of the solid electrolyte powder is preferably 0.01 μm or more and 1 μm or less. The ratio of the solid electrolyte powder is preferably 2 to 25 mass% in the total paste.

有機金属化合物は、例えば、有機アルミニウム化合物、有機マグネシウム化合物、有機カルシウム化合物のうち少なくとも一つ以上とすることができる。金属同士の凝集もしくは粒成長を阻害するのは金属酸化物であるが、金属酸化物粒子としてペーストに加えた場合と異なり、有機金属化合物がビヒクルをなす溶剤に溶けて、塗布・印刷されたペーストの膜全体に均一に分布させることができる。また焼成過程で有機金属化合物が酸化されることによって作られる金属酸化物は微細であり、白金または白金合金の凝集抑制効果及び/または粒成長抑制効果が得られる。 The organometallic compound can be, for example, at least one or more of an organoaluminum compound, an organomagnesium compound, and an organocalcium compound. It is the metal oxide that inhibits the aggregation or grain growth of the metals, but unlike the case where it is added to the paste as metal oxide particles, the organic metal compound is dissolved in the solvent that forms the vehicle, and the paste is applied and printed. Can be evenly distributed over the entire film. Further, the metal oxide produced by oxidizing the organometallic compound in the firing process is fine, and the effect of suppressing the aggregation of platinum or the platinum alloy and / or the effect of suppressing the grain growth can be obtained.

有機アルミニウム化合物、有機マグネシウム化合物、有機カルシウム化合物はM(OR)n(OCOR’)(3-n)で表される構造を持つ金属化合物であり構造式中Mが相当する金属元素を表す。この構造式中RとR’は同一でも異なっていてもよく、RやR’はフェニル基を含んでいてもよく、アルカン、オレフィンからなる。このアルカン、オレフィンにはヒドロキシ基、カルボニル基、アミノ基、アミド基、エーテル基、エステル基、オキシム基を含めることができる。 Organoaluminium compounds, organomagnesium compounds, and organocalcium compounds are metal compounds having a structure represented by M (OR) n (OCOR') (3-n), and M in the structural formula represents the corresponding metal element. In this structural formula, R and R'may be the same or different, and R and R'may contain a phenyl group and are composed of an alkane and an olefin. The alkane and olefin can include a hydroxy group, a carbonyl group, an amino group, an amide group, an ether group, an ester group and an oxime group.

有機アルミニウム化合物としては、アルミニウムイソプロピレート、アルミニウムエチレート、アルミニウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムトリスアセチルアセトネート、アルミニウムビスエチルアセトアセテート、モノアセチルアセトネート、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、ステアリン酸アルミニウム、トリメチルアルミニウム、トリフェニルアルミニウム、アセチルアセトナトアルミニウム、(3-エトキシ-1,2-ジメチルプロパン-1-エン-3-オニル)ビスブトキシアルミニウム等が挙げられる。 Examples of the organic aluminum compound include aluminum isopropylate, aluminum ethylate, aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate, aluminum trisethyl acetoacetate, aluminum trisacetyl acetonate, aluminum bisethyl acetoacetate, monoacetyl acetonate, and acetoalkoxyaluminum diisopropi. Examples thereof include rate, aluminum stearate, trimethylaluminum, triphenylaluminum, acetylacetonatoaluminum, and (3-ethoxy-1,2-dimethylpropan-1-en-3-onyl) bisbutoxyaluminum.

有機マグネシウム化合物としては、マグネシウムイソプロピレート、マグネシウムエチレート、マグネシウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、マグネシウムトリスエチルアセトアセテート、マグネシウムトリスアセチルアセトネート、マグネシウムビスエチルアセトアセテート、モノアセチルアセトネート、アセトアルコキシマグネシウムジイソプロピレート、ステアリン酸マグネシウム、トリメチルマグネシウム、トリフェニルマグネシウム、アセチルアセトナトマグネシウム、(3-エトキシ-1,2-ジメチルプロパン-1-エン-3-オニル)ビスブトキシマグネシウム、ヒドロキシラウリルマグネシウム等が挙げられる。 Examples of the organic magnesium compound include magnesium isopropylate, magnesium ethylate, magnesium ethyl acetoacetate diisopropylate, magnesium trisethyl acetoacetate, magnesium tris acetyl acetonate, magnesium bisethyl acetoacetate, monoacetyl acetonate, and acetoalkoxymagnesium diisopropi. Examples thereof include rate, magnesium stearate, trimethylmagnesium, triphenylmagnesium, acetylacetonatomagnesium, (3-ethoxy-1,2-dimethylpropan-1-en-3-onyl) bisbutoxymagnesium, hydroxylaurylmagnesium and the like.

有機カルシウム化合物としては、カルシウムイソプロピレート、カルシウムエチレート、カルシウムエチルアセトアセテートジイソプロピレート、カルシウムトリスエチルアセトアセテート、カルシウムトリスアセチルアセトネート、カルシウムビスエチルアセトアセテート、モノアセチルアセトネート、アセトアルコキシカルシウムジイソプロピレート、ステアリン酸カルシウム、トリメチルカルシウム、トリフェニルカルシウム、アセチルアセトナトカルシウム、(3-エトキシ-1,2-ジメチルプロパン-1-エン-3-オニル)ビスブトキシカルシウム、カルシウムグルタレート、カルシウムグリコシド等が挙げられる。 Examples of organic calcium compounds include calcium isopropylate, calcium ethylate, calcium ethyl acetoacetate diisopropylate, calcium trisethyl acetoacetate, calcium tris acetyl acetonate, calcium bisethyl acetoacetate, monoacetyl acetonate, and acetoalkoxy calcium diisopropi. Rate, calcium stearate, trimethyl calcium, triphenyl calcium, acetylacetonato calcium, (3-ethoxy-1,2-dimethylpropan-1-en-3-onyl) bisbutoxycalcium, calcium glutarate, calcium glycoside, etc. Be done.

有機金属化合物はビヒクルをなす溶剤に溶けて、ペーストを焼成した際に、酸化され当該金属の酸化物となる。有機金属化合物がビヒクルをなす溶剤に溶けることにより、焼成された際にその有機金属化合物の金属が金属粉末、固体電解質粉末の金属と異なることにより、白金または白金合金の金属同士が凝集及び/または粒成長するのを物理的に阻害させる。それに伴い三相界面が多数形成され、電極活性が向上する。 The organometallic compound is dissolved in a solvent that forms a vehicle, and when the paste is fired, it is oxidized to become an oxide of the metal. When the organic metal compound is dissolved in a vehicle-forming solvent, the metal of the organic metal compound is different from the metal of the metal powder or the solid electrolyte powder when fired, so that the metals of platinum or the platinum alloy are aggregated and / or Physically inhibits grain growth. Along with this, a large number of three-phase interfaces are formed, and the electrode activity is improved.

有機金属化合物の割合は全ペースト中、2mass%から20mass%が好ましい。特には4mass%から12mass%がより好ましい。この範囲を下回ると白金または白金合金凝集抑制効果が十分に得られず、上回ると、ペースト全体に占める有機金属化合物の割合が多くなりすぎ、ペースト混錬およびペースト粘度調整が物理的に困難になる。また焼成収縮率が大きくなりすぎて製膜が困難になる。 The proportion of the organometallic compound is preferably 2 mass% to 20 mass% in the total paste. In particular, 4 mass% to 12 mass% is more preferable. If it is below this range, the platinum or platinum alloy aggregation inhibitory effect cannot be sufficiently obtained, and if it exceeds this range, the proportion of the organic metal compound in the entire paste becomes too large, and paste kneading and paste viscosity adjustment become physically difficult. .. In addition, the firing shrinkage rate becomes too large, making film formation difficult.

また、アルミナ、チタニア、イットリアの少なくとも一つである金属酸化物粉末をさらに含んでもよい。これらの金属酸化物粒子は、焼成時のペースト全体の収縮特性を調整する目的と、セラミック基材への密着力を付与する目的で加えられる。金属酸化物粉末の粒子径は0.1μm以上、5μm以下であることが好ましく、更には0.4μm以上、1.2μm以下がより好ましい。また金属酸化物粉末の割合は全ペースト中、0mass%〜5mass%が好ましい。これを上回ると得られた膜内で金属酸化物が電気回路の形成を阻害し、電気抵抗が高くなってしまう。 Further, a metal oxide powder which is at least one of alumina, titania, and yttria may be further contained. These metal oxide particles are added for the purpose of adjusting the shrinkage characteristics of the entire paste during firing and for the purpose of imparting adhesion to the ceramic substrate. The particle size of the metal oxide powder is preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less, and more preferably 0.4 μm or more and 1.2 μm or less. The proportion of the metal oxide powder is preferably 0 mass% to 5 mass% in the total paste. If it exceeds this, the metal oxide inhibits the formation of an electric circuit in the obtained film, and the electric resistance becomes high.

また、有機金属化合物と金属酸化物粉末との比率については、金属換算で、全金属中の、無機金属化合物由来の金属の比率は0〜60mass%が好ましい。たとえば、有機アルミニウム化合物とアルミナを併用する場合、アルミニウム量で換算して、全アルミニウム中、無機アルミ由来のアルミニウムは0〜60mass%が好ましい。 Regarding the ratio of the organometallic compound to the metal oxide powder, the ratio of the metal derived from the inorganic metal compound to the total metal is preferably 0 to 60 mass% in terms of metal. For example, when an organoaluminum compound and alumina are used in combination, the amount of aluminum derived from inorganic aluminum is preferably 0 to 60 mass% in terms of the amount of aluminum.

また、カーボン粉末、アクリル粉末の少なくとも一つよりなる粉末を含んでもよい。これらの粉末粒子は、ビヒクルをなす溶剤に溶けない粒子であることが必要である。これらの粒子は焼成の過程でなくなり、焼成膜内に気孔を形成し、三相界面を多数形成させ、ガス分子が電気化学的反応をする反応点の密度を増加させるのに寄与する。これらの粉末の粒子径は0.5μm以上、3μm以下であることが好ましい。また、これらの粉末の割合は全ペースト中、0.5mass%〜15mass%が好ましい。この範囲を上回ると膜内に過剰の気孔が形成され、膜の電気伝導性が必要以上に低下するうえ、膜の強度が低下してしまう。カーボン粉末、アクリル粉末は形成する膜に求められる反応性に応じて最小限の量にとどめるのが良い。カーボン粉末としては、ダイヤモンド、カーボンブラック等を用いることができる。 Further, a powder consisting of at least one of carbon powder and acrylic powder may be contained. These powder particles need to be particles that are insoluble in the solvent that forms the vehicle. These particles disappear in the process of firing, form pores in the firing film, form a large number of three-phase interfaces, and contribute to increasing the density of reaction points where gas molecules undergo an electrochemical reaction. The particle size of these powders is preferably 0.5 μm or more and 3 μm or less. The ratio of these powders is preferably 0.5 mass% to 15 mass% in the total paste. If it exceeds this range, excessive pores are formed in the membrane, the electrical conductivity of the membrane is lowered more than necessary, and the strength of the membrane is lowered. The amount of carbon powder and acrylic powder should be kept to a minimum depending on the reactivity required for the film to be formed. As the carbon powder, diamond, carbon black or the like can be used.

ビヒクルは溶剤と樹脂を含む。 The vehicle contains a solvent and a resin.

溶剤は、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ターピネオール、ジヒドロターピネオール、N-メチルピロリドン、メシチレン、2-エチルへキサノール、トリデカン、テキサノール、などを用いることができる。 As the solvent, butyl carbitol, butyl carbitol acetate, tarpineol, dihydroterpineol, N-methylpyrrolidone, mesitylene, 2-ethylhexanol, tridecane, texanol, and the like can be used.

樹脂はエチルセルロース等のセルロース樹脂、アクリル樹脂、ロジン樹脂、テルペン樹脂、ブチラール樹脂などを用いることができる。 As the resin, a cellulose resin such as ethyl cellulose, an acrylic resin, a rosin resin, a terpene resin, a butyral resin and the like can be used.

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

(実施例1〜5)
PtRh合金粉末(Pt:Rh=1:1(重量比))、ジルコニア粉末、カーボン粉末、アルミナ粉末、有機アルミニウム、樹脂・溶剤からなるビヒクルを表1に示す成分組成になるよう計量し、一次混錬した後、三本ロールによって仕上げ混錬を行いペーストを得た。ここで、有機アルミニウム化合物は、(3-エトキシ-1,2-ジメチルプロパン-1-エン-3-オニル)ビスブトキシアルミニウムを用いた。
(Examples 1 to 5)
A vehicle consisting of PtRh alloy powder (Pt: Rh = 1: 1 (weight ratio)), zirconia powder, carbon powder, alumina powder, organoaluminum, resin / solvent is weighed so as to have the component composition shown in Table 1, and the primary mixture is used. After smelting, finish kneading was performed with three rolls to obtain a paste. Here, as the organoaluminum compound, (3-ethoxy-1,2-dimethylpropan-1-en-3-onil) bisbutoxyaluminum was used.

(比較例1)
有機アルミニウムの代わりに実施例1と同等のアルミ量としたアルミナ粉末を添加して、表1に示す成分組成になるよう計量し、一次混錬した後、三本ロールによって仕上げ混錬を行い比較用のペーストを得た。
(Comparative Example 1)
Alumina powder having the same amount of aluminum as in Example 1 was added instead of organic aluminum, weighed so as to have the composition shown in Table 1, primary kneaded, and then finish kneaded with three rolls for comparison. I got the paste for.

(実施例6)
Pt粉末、ジルコニア粉末、カーボン粉末、有機アルミニウム、樹脂・溶剤からなるビヒクルを表2に示す成分組成になるよう計量し、一次混錬した後、三本ロールによって仕上げ混錬を行いペーストを得た。ここで、有機アルミニウム化合物は、(3-エトキシ-1,2-ジメチルプロパン-1-エン-3-オニル)ビスブトキシアルミニウムを用いた。
(Example 6)
A vehicle composed of Pt powder, zirconia powder, carbon powder, organoaluminum, resin / solvent was weighed so as to have the composition shown in Table 2, and after primary kneading, finish kneading was performed with three rolls to obtain a paste. .. Here, as the organoaluminum compound, (3-ethoxy-1,2-dimethylpropan-1-en-3-onil) bisbutoxyaluminum was used.

(比較例2)
有機アルミニウムの代わりにアルミナ粉末として、表2に示す成分組成になるよう計量し、一次混錬した後、三本ロールによって仕上げ混錬を行い比較例2のペーストを得た。
(Comparative Example 2)
Alumina powder was used instead of organoaluminum, weighed so as to have the component composition shown in Table 2, primary kneaded, and then finish kneaded with three rolls to obtain a paste of Comparative Example 2.

実施例、比較例については、金属酸化物(アルミナ)の(貴金属+ジルコニア)に対する体積割合(%)がほぼ同じになるようにした。その体積比の計算値を表1、表2に示す。 In Examples and Comparative Examples, the volume ratio (%) of the metal oxide (alumina) to (precious metal + zirconia) was made to be substantially the same. The calculated values of the volume ratio are shown in Tables 1 and 2.

実施例、比較例のペーストを所定のパターンでジルコニア固体電解質からなるグリーンシートの両面にスクリーン印刷し、所定の条件(1500℃10分)で焼成して電極膜を作成しサンプル素子を得た。 The pastes of Examples and Comparative Examples were screen-printed on both sides of a green sheet made of a zirconia solid electrolyte in a predetermined pattern, and fired under predetermined conditions (1500 ° C. for 10 minutes) to prepare an electrode film to obtain a sample element.

上記のサンプル素子を、一酸化窒素が制御された窒素雰囲気下、600℃でインピーダンスを測定した。測定はLCRメータを用い、周波数100kHz〜10mHzで行った。その結果をナイキストプロットし、複数の半円からなるプロファイルを得て、複数のキャパシタと抵抗からなる等価回路を想定したカーブフィットを行い、酸素ガスの拡散に由来する拡散抵抗と、酸素分子の酸化還元反応に由来する反応抵抗に成分分離した。 The impedance of the above sample element was measured at 600 ° C. under a nitrogen atmosphere in which nitric oxide was controlled. The measurement was performed using an LCR meter at a frequency of 100 kHz to 10 mHz. The result is Nyquist plotted, a profile consisting of multiple semicircles is obtained, a curve fit is performed assuming an equivalent circuit consisting of multiple capacitors and resistors, and the diffusion resistance derived from the diffusion of oxygen gas and the oxidation of oxygen molecules are performed. The components were separated into reaction resistance derived from the reduction reaction.

Figure 2021134367
Figure 2021134367

Figure 2021134367
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表1より、金属粉末がPtRh粉末の場合において、有機アルミニウム化合物を用いた実施例1は、アルミナ粉末を用いた比較例1より反応抵抗、拡散抵抗がともに低いことがわかる。反応抵抗、拡散抵抗ともに小さいほうが電気化学的電極としての性能が高い。また、有機アルミニウム化合物に加えてカーボン粉末を用いた実施例3〜5は、有機アルミニウム化合物を加えた実施例1よりも反応抵抗、拡散抵抗ともに低いことがわかる。また、有機アルミニウム化合物に加えてアルミナ粉末を加えた実施例2は、アルミナ粉末を用いた比較例1より反応抵抗、拡散抵抗がともに低いことがわかる。ここで、実施例2における、有機アルミニウム化合物由来のアルミニウムとアルミナ粉末由来のアルミニウムの比率については、アルミニウム量で換算して、全アルミニウム中、アルミナ粉末由来のアルミニウムは40mass%である。 From Table 1, it can be seen that when the metal powder is PtRh powder, Example 1 using the organoaluminum compound has lower reaction resistance and diffusion resistance than Comparative Example 1 using the alumina powder. The smaller the reaction resistance and diffusion resistance, the higher the performance as an electrochemical electrode. Further, it can be seen that Examples 3 to 5 in which carbon powder was used in addition to the organoaluminum compound had lower reaction resistance and diffusion resistance than Example 1 in which the organoaluminum compound was added. Further, it can be seen that Example 2 in which the alumina powder was added in addition to the organoaluminum compound had lower reaction resistance and diffusion resistance than in Comparative Example 1 in which the alumina powder was used. Here, the ratio of aluminum derived from the organoaluminum compound to aluminum derived from the alumina powder in Example 2 is 40 mass% of the total aluminum in terms of the amount of aluminum.

表2より、金属粉末がPt粉末の場合において、有機アルミニウム化合物を用いた実施例6は、アルミナ粉末を用いた比較例2より反応抵抗、拡散抵抗がともに低いことがわかる。反応抵抗、拡散抵抗ともに小さいほうが電気化学的電極としての性能が高い。 From Table 2, it can be seen that when the metal powder is Pt powder, Example 6 using the organoaluminum compound has lower reaction resistance and diffusion resistance than Comparative Example 2 using alumina powder. The smaller the reaction resistance and diffusion resistance, the higher the performance as an electrochemical electrode.

実施例1および比較例1のサンプル素子の断面について電子顕微鏡にてEDSマッピング測定を行った。図1は、実施例1の電極膜断面中のアルミニウム分布を示す図である。図2は、比較例1の電極膜断面中のアルミニウム分布を示す図である。図1、図2より実施例1は比較例1に比べて、アルミニウムが均一に存在していることがわかる。 EDS mapping measurements were performed on the cross sections of the sample elements of Example 1 and Comparative Example 1 with an electron microscope. FIG. 1 is a diagram showing an aluminum distribution in the cross section of the electrode film of Example 1. FIG. 2 is a diagram showing an aluminum distribution in the cross section of the electrode film of Comparative Example 1. From FIGS. 1 and 2, it can be seen that in Example 1, aluminum is more uniformly present than in Comparative Example 1.

実施例1および比較例1のサンプル素子の断面について電子顕微鏡にてSEM像を撮影した。図3は、実施例1の電極膜断面のSEM像を示す図である。図4は、比較例1の電極膜断面のSEM像を示す図である。図3、図4より実施例1は比較例1に比べて、白金合金の凝集、粒成長が抑制されていることがわかる。 SEM images of the cross sections of the sample elements of Example 1 and Comparative Example 1 were taken with an electron microscope. FIG. 3 is a diagram showing an SEM image of a cross section of the electrode film of Example 1. FIG. 4 is a diagram showing an SEM image of a cross section of the electrode film of Comparative Example 1. From FIGS. 3 and 4, it can be seen that the aggregation and grain growth of the platinum alloy are suppressed in Example 1 as compared with Comparative Example 1.

Claims (4)

白金または白金合金からなる金属粉末と、
ジルコニアまたはイットリア安定化ジルコニアからなる固体電解質粉末と、
有機アルミニウム化合物、有機マグネシウム化合物、有機カルシウム化合物のうち少なくとも一つ以上を含む有機金属化合物と、
ビヒクルを含む、
ことを特徴とする貴金属ペースト。
With metal powder made of platinum or platinum alloy,
Solid electrolyte powder consisting of zirconia or yttria-stabilized zirconia,
Organometallic compounds containing at least one of organoaluminum compounds, organomagnesium compounds, and organocalcium compounds,
Including vehicle,
A precious metal paste characterized by that.
上記有機金属化合物を全ペーストに対して2mass%から20mass%含むことを特徴とする請求項1に記載の貴金属ペースト。 The noble metal paste according to claim 1, wherein the organic metal compound is contained in an amount of 2 mass% to 20 mass% based on the total paste. アルミナ、チタニア、イットリアの少なくとも一つである金属酸化物粉末をさらに含むことを特徴とする請求項1または2に記載の貴金属ペースト。 The noble metal paste according to claim 1 or 2, further comprising a metal oxide powder which is at least one of alumina, titania, and yttria. カーボン粉末、アクリル粉末の少なくとも一つである粉末をさらに含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の貴金属ペースト。 The noble metal paste according to any one of claims 1 to 3, further comprising a powder which is at least one of a carbon powder and an acrylic powder.
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