JP5019905B2 - Fuel cell electrode and fuel cell using the electrode - Google Patents
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Description
本発明は燃料電池用電極及び該電極を用いた燃料電池に関するものであり、具体的には、白金族元素を挿入したジチオオキサミド配位遷移金属錯体の層間化合物を主触媒とする燃料電池用電極、及び、該電極を燃料極（＝アノード）及び空気極（＝カソード）に用いた燃料電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fuel cell electrode and a fuel cell using the electrode, and specifically, a fuel cell electrode mainly comprising an intercalation compound of a dithiooxamide coordination transition metal complex having a platinum group element inserted therein, The present invention also relates to a fuel cell using the electrodes for a fuel electrode (= anode) and an air electrode (= cathode).
従来、水素又は炭化水素由来の水素を燃料とする固体高分子型燃料電池、ダイレクトメタノール燃料電池、ジメチルエーテル燃料電池等の電極触媒としては、活性炭に担持した白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム等の白金族触媒を使用している。しかしながら、これらの白金族触媒は希少資源であることから、上記燃料電池の普及が危ぶまれている。また、白金族触媒は水素、酸素、メタノール、ジメチルエーテル等の小分子に対する特異的な電極触媒能力を有しているので、白金族触媒と代替可能な非白金族触媒に関する報告は非常に少なく、限られた種類の遷移金属化合物が非特許文献及び特許文献において報告されているにすぎない。 Conventionally, as an electrode catalyst for a polymer electrolyte fuel cell using hydrogen or hydrocarbon-derived hydrogen as a fuel, a direct methanol fuel cell, a dimethyl ether fuel cell, etc., platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, etc. supported on activated carbon A platinum group catalyst is used. However, since these platinum group catalysts are scarce resources, the spread of the fuel cell is in danger. In addition, since platinum group catalysts have specific electrocatalytic capabilities for small molecules such as hydrogen, oxygen, methanol, and dimethyl ether, there are very few reports on non-platinum group catalysts that can replace platinum group catalysts. Only a class of transition metal compounds have been reported in non-patent and patent literature.
例えば、非特許文献１では、活性炭に担持したポルフィリン錯体の熱処理物が酸性溶液中で高い酸素還元能（カソード性能）を示すことが報告されている。非特許文献２では、μ-hydroxy遷移金属錯体の熱処理物がメタノール中で高い酸素還元能（カソード性能）を示すことが報告されている。特許文献１では、高価で希少資源である白金の使用量を低減するために活性炭に担持したN,N'-bis(salicylidene)ethylenediamine 、N,N'mono-8-quinolyl-o-phenylenediamineの遷移金属錯体と白金化合物の混合物の熱処理物を電極触媒として用いることが開示されている。なお、以上の熱処理物は元の金属錯体の化学構造が熱分解し原形を留めていないので、金属錯体ではない。特許文献２では、プロトン伝導性を有するdithiooxamide の複核遷移金属錯体を水素極として用いることが開示されている。以上の遷移金属錯体触媒の発見は、希少資源であり高価な白金族触媒に代わるような豊富で安価な電極の開発を行なう上で価値ある知見を与えている。
しかしながら、現在、白金触媒と遷移金属錯体の混合物由来の熱分解化合物でも上記に挙げた何れの燃料電池用電極触媒としても実用に供されていない。その主な理由は、性能的に白金族触媒に代わるような非白金系触媒が見出されていないためである。
For example, Non-Patent Document 1 reports that a heat-treated product of a porphyrin complex supported on activated carbon exhibits high oxygen reduction ability (cathode performance) in an acidic solution. Non-Patent Document 2 reports that a heat-treated product of a μ-hydroxy transition metal complex exhibits high oxygen reduction ability (cathode performance) in methanol. In Patent Document 1, transition of N, N'-bis (salicylidene) ethylenediamine and N, N'mono-8-quinolyl-o-phenylenediamine supported on activated carbon to reduce the amount of expensive and rare resource platinum is used. It is disclosed that a heat-treated product of a mixture of a metal complex and a platinum compound is used as an electrode catalyst. The above heat-treated product is not a metal complex because the chemical structure of the original metal complex is thermally decomposed and does not remain in its original form. Patent Document 2 discloses that a dithiooxamide dinuclear transition metal complex having proton conductivity is used as a hydrogen electrode. The discovery of the above transition metal complex catalysts provides valuable knowledge in developing abundant and inexpensive electrodes that can replace rare and expensive platinum group catalysts.
However, at present, any pyrolysis compound derived from a mixture of a platinum catalyst and a transition metal complex is not practically used as any of the fuel cell electrode catalysts mentioned above. The main reason is that a non-platinum catalyst that can replace the platinum group catalyst in terms of performance has not been found.
本発明の目的は、上記の事情に鑑み、高活性の新規化合物を主成分とする燃料電池用電極及び該電極を用いた燃料電池を提供することであり、特にアルコール改質用電極及び該電極を用いた燃料電池を提供することである。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a fuel cell electrode containing a highly active novel compound as a main component and a fuel cell using the electrode, and particularly an alcohol reforming electrode and the electrode. It is providing the fuel cell using.
本発明者らは、上記の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、ジチオオキサミド配位遷移金属錯体に白金族元素を挿入すると電極酸化還元反応活性が著しく向上することを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、以下のとおりのものである。
（１）燃料電池用電極触媒の主成分として、白金族元素を挿入したジチオオキサミド配位遷移金属錯体の層間化合物を含有することを特徴とする燃料電池用電極。
（２）白金族元素を挿入したジチオオキサミド配位遷移金属錯体の層間化合物がミクロ・メソポーラス材料に担持されていることを特徴とする上記（１）に記載の燃料電池用電極。
（３）ジチオオキサミド配位遷移金属錯体が、コバルト錯体であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の燃料電池用電極。
（４）ジチオオキサミド配位遷移金属錯体が、コバルトイオンとともに、マンガン、鉄、ニッケル及び銅の中から選ばれた少なくとも１種類以上の金属イオンを同一分子内に持つジチオオキサミド配位異核金属錯体であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の燃料電池用電極。
（５）上記（１）〜（４）のいずれかの項に記載の燃料電池用電極をアルコールの改質反応のために用いることを特徴とするアルコール改質型燃料電池。
As a result of intensive studies to achieve the above-mentioned object, the present inventors have found that insertion of a platinum group element into a dithiooxamide coordination transition metal complex significantly improves the electrode redox reaction activity. Based on this, the present invention has been completed.
That is, the present invention is as follows.
(1) An electrode for a fuel cell comprising an intercalation compound of a dithiooxamide coordination transition metal complex having a platinum group element inserted as a main component of an electrode catalyst for a fuel cell.
(2) The fuel cell electrode according to (1) above, wherein an intercalation compound of a dithiooxamide coordination transition metal complex having a platinum group element inserted is supported on a micro-mesoporous material.
(3) The fuel cell electrode according to (1) or (2), wherein the dithiooxamide coordination transition metal complex is a cobalt complex.
(4) The dithiooxamide-coordinated transition metal complex is a dithiooxamide-coordinated heteronuclear metal complex having at least one metal ion selected from manganese, iron, nickel and copper in the same molecule together with cobalt ions. The fuel cell electrode according to the above (1) or (2), wherein
(5) An alcohol reforming fuel cell, wherein the fuel cell electrode according to any one of (1) to (4) is used for an alcohol reforming reaction.
本発明の白金族元素を挿入したジチオオキサミド配位遷移金属錯体の層間化合物を主触媒として含有する電極は、従来の標準的燃料電池用白金電極の電極性能を遥かに凌駕する性能を有する。例えば、白金を挿入したジチオオキサミドコバルト錯体の層間化合物を比表面積が１５００ｍ2 ／ｇ、細孔径が０．４〜２ｎｍに分布するミクロ・メソポーラス活性炭に担持し、これを主として含有した電極を燃料極及び空気極として共に用いた燃料電池は、室温でエタノール水溶液から１００Ｗ／ｃｍ2 の出力密度（標準的燃料電池用白金電極の約１．７倍の出力密度に相当）で電力を発生できる。 An electrode containing, as a main catalyst, an intercalation compound of a dithiooxamide coordination transition metal complex having a platinum group element inserted therein according to the present invention has a performance far exceeding the electrode performance of a conventional platinum electrode for a fuel cell. For example, an intercalation compound of dithiooxamide cobalt complex containing platinum is supported on micro mesoporous activated carbon having a specific surface area of 1500 m 2 / g and a pore diameter of 0.4-2 nm, and an electrode mainly containing this is supported as a fuel. The fuel cell used as both the electrode and the air electrode can generate electric power from an aqueous ethanol solution at room temperature at an output density of 100 W / cm 2 (corresponding to an output density about 1.7 times that of a standard platinum electrode for fuel cells).
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の第１の特徴は、電極触媒の主成分として白金族元素を挿入したジチオオキサミド配位遷移金属錯体の層間化合物（intercalation compound）を用いることである。本発明におけるジチオオキサミド（旧名ルベアン酸）とは、ジチオオキサミド及びその誘導体である。誘導体としてはアミノ基の水素原子が有機官能基で置換されたジチオオキサミド誘導体が含まれる。ジチオオキサミド配位遷移金属錯体とは、遷移金属イオンにジチオオキサミドが配位結合したいわゆる配位錯体のことであり、ジチオオキサミドが二つ以上の配位原子を持ちそれらが金属イオンをはさむようにして配位したキレート環構造を持つ化合物であることから、別名、キレート化合物ともいう。
該ジチオオキサミド配位遷移金属錯体は層状化合物であるので、該錯体の層状構造の層間に白金族元素を挿入することができる。グラファイトのような層状化合物の層と層の間に異種元素の原子、分子、イオンなどが挿入されてできた物質は一般に層間化合物と呼ばれているので、本発明物質は層間化合物である。ホスト分子であるジチオオキサミド配位遷移金属錯体は、元々、アノード性能とカソード性能をともに有する材料であるが、これに白金族元素を挿入すると、錯体の電極触媒性能を白金触媒の性能以上に著しく向上できることがわかった。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The first feature of the present invention is to use an intercalation compound of a dithiooxamide coordination transition metal complex in which a platinum group element is inserted as a main component of an electrode catalyst. The dithiooxamide (formerly rubeanic acid) in the present invention is dithiooxamide and its derivatives. Derivatives include dithiooxamide derivatives in which a hydrogen atom of an amino group is substituted with an organic functional group. A dithiooxamide coordination transition metal complex is a so-called coordination complex in which dithiooxamide is coordinated to a transition metal ion. The dithiooxamide has two or more coordination atoms and is coordinated so that they sandwich the metal ion. Since it is a compound having a chelate ring structure, it is also called a chelate compound.
Since the dithiooxamide coordination transition metal complex is a layered compound, a platinum group element can be inserted between layers of the layered structure of the complex. Since a substance formed by inserting atoms, molecules, ions, etc. of different elements between layers of a layered compound such as graphite is generally called an intercalation compound, the substance of the present invention is an intercalation compound. The host molecule, dithiooxamide coordination transition metal complex, is originally a material that has both anode performance and cathode performance, but when a platinum group element is inserted into this, the electrocatalytic performance of the complex is significantly improved beyond that of the platinum catalyst. I knew it was possible.
ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、及び白金の６元素を総称する白金族元素の中では白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムが大きな効果を与えるので好ましく、これらの中で白金は最大の効果を与えるので最も好ましい。おそらく層状構造の層間に存在する白金族元素のクラスターが電極反応開始のための活性化エネルギーを著しく低減するためであろうと考えられる。本発明層間化合物は、少なくとも１種類の白金族元素を含有したものであり、最も高活性な白金を主成分としこれに白金以外の白金族元素を含有したものでもよい。白金族元素の含有量はジチオオキサミド配位遷移金属錯体に依存するが、およそ２０質量％が最大である。好ましい白金族元素の含有量は、０．０１〜１０％であり、より好ましくは０．１〜１％である。０．０１％未満では白金族元素による効果が十分ではないので０．０１％以上であることが好ましい。また、１０％を越えると物質輸送のための層間スペースが閉塞状態になることに原因する燃料物質の反応効率の低下が生じるので１０％以下であることが好ましい。 Of the platinum group elements generically including the six elements of ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, and platinum, platinum, palladium, rhodium, and ruthenium are preferable because they have a large effect, and among these, platinum has the maximum effect. So most preferred. This is probably because the clusters of platinum group elements existing between the layers of the layered structure significantly reduce the activation energy for initiating the electrode reaction. The intercalation compound of the present invention contains at least one type of platinum group element, and may contain the most active platinum as a main component and a platinum group element other than platinum. The content of the platinum group element depends on the dithiooxamide coordination transition metal complex, but about 20% by mass is the maximum. The content of a preferable platinum group element is 0.01 to 10%, more preferably 0.1 to 1%. If it is less than 0.01%, the effect of the platinum group element is not sufficient, so 0.01% or more is preferable. Further, if it exceeds 10%, the reaction efficiency of the fuel substance is reduced due to the fact that the interlayer space for transporting the substance becomes blocked, so it is preferably 10% or less.
ホストであるジチオオキサミド配位遷移金属錯体としては、同一分子内に単一の遷移金属イオンをもつ同核金属錯体と異種遷移金属イオンをもつ異核金属錯体を用いることができる。同核金属錯体としては、ジチオオキサミド配位コバルト錯体が最も高活性であるので好ましい。異核金属錯体としては、コバルトイオンとともに、コバルト以外の遷移金属イオンもつ金属錯体は、上記コバルト錯体よりもさらに高活性であるので好ましいコバルトイオンと対をなす異種金属イオンとしては、マンガン、鉄、ニッケル、銅、モリブデン、タングステン及びバナジウムイオンが好ましく、マンガン、鉄、ニッケル及び銅イオンはさらに好ましい。該異核金属錯体におけるコバルトイオンと他種イオンとのモル比は、通常、１：１程度であるが、触媒反応の選択性向上などの目的を優先する場合にはこの比率に限定するものではない。
本発明は、配位子であるジチオオキサミドのアミノ基の水素原子を有機官能基で置換したジチオオキサミド誘導体の配位遷移金属錯体を用いることができるが、その理由は、該ジチオオキサミド誘導体よって錯体の層間隔の制御、配位結合した遷移金属イオンの電荷の制御、及びアルコール親和性の制御、等を行うことができるからである。置換数は、最大４まで許容される。
As the host dithiooxamide coordination transition metal complex, a homonuclear metal complex having a single transition metal ion and a heteronuclear metal complex having a different transition metal ion in the same molecule can be used. As the homonuclear metal complex, a dithiooxamide-coordinated cobalt complex is preferable because it has the highest activity. As the heteronuclear metal complex, a metal complex having a transition metal ion other than cobalt, together with cobalt ion, is more active than the above cobalt complex, and therefore, as a heterogeneous metal ion paired with a preferable cobalt ion, manganese, iron, Nickel, copper, molybdenum, tungsten and vanadium ions are preferred, and manganese, iron, nickel and copper ions are more preferred. The molar ratio of cobalt ions to other species ions in the heteronuclear metal complex is usually about 1: 1. However, when priority is given to the purpose of improving the selectivity of the catalytic reaction, the molar ratio is not limited to this ratio. Absent.
The present invention can use a coordination transition metal complex of a dithiooxamide derivative in which the hydrogen atom of the amino group of dithiooxamide, which is a ligand, is substituted with an organic functional group. This is because it is possible to control the charge of the transition metal ions coordinated and control the affinity of alcohol. A maximum of 4 substitutions are allowed.
置換のための有機官能基としては、アルキル基（−Ｒ）、アルコキシ基（−ＯＲ）、ヒドロキシアルキル基（−ＲＯＨ）、フェニル基（−Ｐｈ）、フェノキシ基（−ＯＰｈ）、アミノ基（−ＮＨ2 、−ＮＨ−、＞Ｎ−）、シアノ基（−Ｃ≡Ｎ）、イソシアノ基（−Ｎ≡Ｃ−）、シアノアミノ基（−ＮＨ−Ｃ≡Ｎ）、カルボジイミド基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｎ−）、シアン酸基（−Ｏ−Ｃ≡Ｎ）、チオシアン酸基（−Ｓ−Ｃ≡Ｎ）、イソシアネート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ）、チオイソシアネート基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｓ）、カルバミン酸基（−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ2 ）、チオカルバミン酸基（−Ｓ−ＣＳ−ＮＨ2 ）、ジチゾン基（−ＮＨ−ＮＨ−ＣＳ−Ｎ＝Ｎ−）、チオカルボニル基（＞Ｃ＝Ｓ）、カルボニル基（＞Ｃ＝Ｏ）、カルボキシル基（−ＣＯ2 −）、シュウ酸基（−ＣＯ2 −ＣＯ2 −）、ビピリジル基、メチン基、エチニル基、エチレン基、シクロペンタジエン、第３級ホスフィン、亜リン酸基、エーテル基（−Ｏ−）、チオエーテル基（−Ｓ−）、チオール基（−ＳＨ）、アゾ基（−Ｎ＝Ｎ−）、ジアゾ基（−Ｎ≡Ｎ）、ニトロ基、スルホ基、スルホアミド基、水酸基、ハロゲン基、Schiffの塩基（−ＣＨ＝Ｎ−）、オキシム基（＞Ｃ＝ＮＯＨ）、等を挙げることができるがこれらに限定するものではない。これらの中で、アルキル基、アルコキシ基、ヒドロキシアルキル基、アミノ基、等の置換基は、錯体の層間隔を広げ、アルコール親和性を増すので好ましい。 Examples of the organic functional group for substitution include an alkyl group (—R), an alkoxy group (—OR), a hydroxyalkyl group (—ROH), a phenyl group (—Ph), a phenoxy group (—OPh), an amino group (— NH 2, -NH -,> N- ), cyano group (-C≡N), isocyano group (-N≡C-), cyanoamino group (-NH-C≡N), carbodiimide group (-N = C = N-), cyanic acid group (—O—C≡N), thiocyanic acid group (—S—C≡N), isocyanate group (—N═C═O), thioisocyanate group (—N═C═S) , Carbamic acid group (—O—CO—NH 2 ), thiocarbamic acid group (—S—CS—NH 2 ), dithizone group (—NH—NH—CS—N═N—), thiocarbonyl group (> C = S), carbonyl group (> C = O), carboxyl group (-CO 2 -), oxalic Group (-CO 2 -CO 2 -), a bipyridyl group, a methine group, an ethynyl group, an ethylene group, cyclopentadiene, tertiary phosphines, phosphorous acid group, an ether group (-O-), a thioether group (-S- ), Thiol group (—SH), azo group (—N═N—), diazo group (—N≡N), nitro group, sulfo group, sulfoamide group, hydroxyl group, halogen group, Schiff base (—CH═N) -), Oxime groups (> C = NOH), and the like, but are not limited thereto. Among these, substituents such as an alkyl group, an alkoxy group, a hydroxyalkyl group, and an amino group are preferable because they increase the layer spacing of the complex and increase the alcohol affinity.
本発明の第２の特徴は、白金族元素を挿入したジチオオキサミド配位遷移金属錯体の層間化合物をミクロ・メソポーラス材料に担持した状態で用いることである。該ミクロ・メソポーラス材料は、高比表面積を有し、かつ細孔分布が主としてミクロ領域乃至メソ領域に分布していることが好ましい。これによって、担持される触媒の比表面積を飛躍的に高められること、触媒の再凝集を抑制し触媒の均一高分散を図れること、触媒の溶解を抑制できること、などの優れた効果がでてくる。該材料の比表面積は１００〜４０００ｍ2 ／ｇであることが好ましく、より好ましくは５００〜３０００ｍ2 ／ｇである。比表面積が１００ｍ2 ／ｇ未満では、触媒の担持量が少なくなるので担持触媒の触媒性能を引き出す上で１００ｍ2 ／ｇ以上であることが好ましい。一方、材料強度上の面からは比表面積が４０００ｍ2 ／ｇ以下であることが好ましい。 The second feature of the present invention is that a dithiooxamide coordination transition metal complex intercalation compound in which a platinum group element is inserted is used while being supported on a micro-mesoporous material. The micro mesoporous material preferably has a high specific surface area, and the pore distribution is mainly distributed in the micro region to the meso region. As a result, excellent effects such as dramatically increasing the specific surface area of the supported catalyst, suppressing re-aggregation of the catalyst to achieve uniform and high dispersion of the catalyst, and suppressing dissolution of the catalyst are exhibited. . Preferably the specific surface area of the material is 100~4000m 2 / g, more preferably 500~3000m 2 / g. When the specific surface area is less than 100 m 2 / g, the supported amount of the catalyst is reduced. Therefore, it is preferably 100 m 2 / g or more in order to bring out the catalyst performance of the supported catalyst. On the other hand, in terms of material strength, the specific surface area is preferably 4000 m 2 / g or less.
平均細孔径は０．４〜５０ｎｍであることが好ましく、より好ましくは０．４〜１０ｎｍである。０．４〜１０ｎｍの細孔空間は、原子及び小分子がちょうど収まる程度のナノスペースであるので、本発明の目的である燃料電池用電極表面での触媒反応を促進するために非常に有効である。このような微小空間に担持できる触媒粒子は、数十個から最大千個程度の原子から構成される小分子に制約されるので、従来使用されているサブミクロンサイズ乃至ミクロンサイズの触媒粒子と比べると１０００倍から１００００倍の比表面積を有する。したがって、非常に高い触媒活性が期待できる。 The average pore diameter is preferably 0.4 to 50 nm, more preferably 0.4 to 10 nm. The pore space of 0.4 to 10 nm is a nanospace that can accommodate atoms and small molecules. Therefore, it is very effective for promoting the catalytic reaction on the surface of the fuel cell electrode that is the object of the present invention. is there. The catalyst particles that can be supported in such a minute space are limited to small molecules composed of several tens to a maximum of 1,000 atoms, so that they are compared with conventionally used sub-micron to micron-size catalyst particles. And a specific surface area of 1000 to 10,000 times. Therefore, very high catalytic activity can be expected.
従来、燃料電池用白金族触媒の担体としては活性炭が用いられているが、その主な理由は、種々の多孔性材料の中で活性炭は、数千ｍ2 ／ｇにも及ぶ非常に大きな比表面積をもつ導電体であるからである。担体が導電体であることは触媒上で生成した電子を集電体に輸送するために好都合である。したがって、本発明におけるミクロ・メソポーラス材料としては、活性炭、多孔性黒鉛、カーボンナノチューブ等の多孔性炭素材料、メソポーラスシリコン、メソポーラスアルミニウム、メソポーラスニッケル、メソポーラスジルコニウム、メソポーラス窒化ホウ素、メソポーラス酸化亜鉛、メソポーラスタングステンカーバイド等の導電性もしくは半導体物性を有する多孔性材料が好ましい。また、メソポーラスシリカ、メソポーラスアルミナ、メソポーラスチタニア、等の多孔性酸化物はそのままでは絶縁体であるが、表面を導電性の金属等で蒸着することによって使用できる。 Conventionally, activated carbon has been used as a carrier for platinum group catalysts for fuel cells. The main reason for this is that among various porous materials, activated carbon has a very large ratio of several thousand m 2 / g. This is because the conductor has a surface area. It is convenient for the carrier to be a conductor to transport the electrons generated on the catalyst to the current collector. Therefore, the micro-mesoporous material in the present invention includes porous carbon materials such as activated carbon, porous graphite, and carbon nanotube, mesoporous silicon, mesoporous aluminum, mesoporous nickel, mesoporous zirconium, mesoporous boron nitride, mesoporous zinc oxide, and mesoporous tungsten carbide. A porous material having conductivity or semiconductor physical properties such as the above is preferable. In addition, porous oxides such as mesoporous silica, mesoporous alumina, and mesoporous titania are insulators as they are, but can be used by depositing the surface with a conductive metal or the like.
本発明燃料電池の燃料として利用できる物質は水素、酸素、アルコール、エーテル等であるが、特に燃料がアルコール水溶液の場合には、室温付近から電極触媒反応が開始するのでアルコール改質型燃料電池用に適している。以下では、好ましい燃料であるアルコールの場合について電極触媒反応を説明する。アルコールとしては、通常、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、等の脂肪族アルコールを用いる。これらのアルコールは、単一成分でもよいし混合アルコールでもよい。通常、燃料極で用いるアルコールは、アルコールの完全酸化の目的ために含水アルコールである。アルコールと水のモル比は、通常、アルコールの完全酸化のための化学量論比を基準にして設定される。例えば、メタノールの場合にはメタノール：水＝１：１であり、エタノールの場合にはエタノール：水＝１：３である。しかし実際にはアルコールのクロスオーバー等による無駄な消費を考慮して、上記基準値よりもアルコール量を多少高めに設定するのが好ましい。 Substances that can be used as fuel for the fuel cell of the present invention are hydrogen, oxygen, alcohol, ether, etc., but particularly when the fuel is an alcohol aqueous solution, the electrocatalytic reaction starts from around room temperature, so that for alcohol reforming fuel cells Suitable for In the following, the electrocatalytic reaction will be described in the case of alcohol as a preferred fuel. As the alcohol, an aliphatic alcohol such as methanol, ethanol, propanol, or butanol is usually used. These alcohols may be single components or mixed alcohols. Usually, the alcohol used at the fuel electrode is a hydrous alcohol for the purpose of complete oxidation of the alcohol. The molar ratio of alcohol to water is usually set based on the stoichiometric ratio for complete oxidation of the alcohol. For example, in the case of methanol, methanol: water = 1: 1, and in the case of ethanol, ethanol: water = 1: 3. However, in practice, it is preferable to set the amount of alcohol slightly higher than the reference value in consideration of wasteful consumption due to alcohol crossover or the like.
電極での理想的な触媒反応は、従来の白金触媒の場合、燃料極ではアルコールの電極酸化によって電子とプロトンが生成し、空気極ではプロトン、電子、及び酸素の反応によって水が生成する。したがって、生成電子とプロトンの速やかな移動のために白金触媒の担体として、通常、導電性を有する活性炭を用いている。電子は、活性炭を介してメッシュ状グラファイト（カーボンクロスともいう）等の集電体に輸送される。生成プロトンは、高分子電解質膜を通して空気極に輸送される。本発明においても触媒用担体として用いるミクロ・メソポーラス材料は、少なくとも従来の活性炭と同程度の導電性を有することが好ましい。集電体としては、従来のメッシュ状グラファイトを用いることができる。また、プロトンの輸送についても従来と同様に高分子電解質膜を用いて行うことができる。 In the case of a conventional platinum catalyst, electrons and protons are generated by the electrode oxidation of alcohol at the fuel electrode, and water is generated by the reaction of protons, electrons, and oxygen at the air electrode. Therefore, activated carbon having conductivity is usually used as a support for the platinum catalyst for the rapid movement of the generated electrons and protons. Electrons are transported to a current collector such as mesh graphite (also called carbon cloth) through activated carbon. Produced protons are transported to the air electrode through the polymer electrolyte membrane. Also in the present invention, the micro mesoporous material used as a catalyst carrier preferably has at least the same degree of conductivity as that of conventional activated carbon. As the current collector, conventional mesh graphite can be used. Also, proton transport can be performed using a polymer electrolyte membrane as in the conventional case.
本発明の白金族元素を挿入したジチオオキサミド配位遷移金属錯体の層間化合物は、例えば以下の方法によって製造することができる。
ジチオオキサミドの溶液に遷移金属化合物の水溶液を加えると化学反応によってジチオオキサミド配位遷移金属錯体が沈殿として生成する。この時、複数の遷移金属化合物を用いるとジチオオキサミド配位異核金属錯体を製造することができる。該ジチオオキサミド配位遷移金属錯体又はジチオオキサミド配位異核金属錯体への白金族元素の挿入は、化学反応法、ＤＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、ＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition）、スパッタ法、メッキ法、等によって行うことができる。例えば、化学反応法では、ジチオオキサミド配位遷移金属錯体の粉末を白金族化合物の溶液に分散させ、白金族化合物をジチオオキサミド配位遷移金属錯体に吸着させた後、濾過、乾燥、還元剤による還元処理によって、ジチオオキサミド配位遷移金属錯体と白金族元素から成る層間化合物を製造することができる。
The intercalation compound of the dithiooxamide coordination transition metal complex which inserted the platinum group element of this invention can be manufactured, for example with the following method.
When an aqueous solution of a transition metal compound is added to a dithiooxamide solution, a dithiooxamide coordination transition metal complex is formed as a precipitate by a chemical reaction. At this time, when a plurality of transition metal compounds are used, a dithiooxamide-coordinated heteronuclear metal complex can be produced. The platinum group element is inserted into the dithiooxamide coordination transition metal complex or dithiooxamide coordination heteronuclear metal complex by chemical reaction method, DVD method (Chemical Vapor Deposition), PVD method (Physical Vapor Deposition), sputtering method, plating method, Etc. For example, in the chemical reaction method, a powder of a dithiooxamide coordination transition metal complex is dispersed in a solution of a platinum group compound, and the platinum group compound is adsorbed to the dithiooxamide coordination transition metal complex, followed by filtration, drying, and reduction treatment with a reducing agent. Can produce an intercalation compound comprising a dithiooxamide coordination transition metal complex and a platinum group element.
また、本発明のミクロ・メソポーラス材料に担持した状態の白金族元素を挿入したジチオオキサミド配位遷移金属錯体の層間化合物の製造方法は，特に限定するものではなく、従来の方法を応用して製造することができる。例えば、ミクロ・メソポーラス材料にジチオオキサミドの溶液を含浸した後、これを遷移金属化合物の水溶液に入れ、化学反応によってジチオオキサミド配位遷移金属錯体として定着させることができる。この時、複数の遷移金属化合物を用いると多孔性材料に担持したジチオオキサミド異核金属錯体を製造することができる。このようにして製造されたミクロ・メソポーラス材料に担持のジチオオキサミド配位遷移金属錯体又はジチオオキサミド配位異核金属錯体への白金族元素の挿入は、上記に述べた層間化合物の製造方法と同様、化学反応法、ＤＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）、ＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition）、スパッタ法、メッキ法、等によって行うことができる。 In addition, the method for producing an intercalation compound of a dithiooxamide coordination transition metal complex in which a platinum group element in a state of being supported on the micro mesoporous material of the present invention is inserted is not particularly limited, and is produced by applying a conventional method. be able to. For example, after impregnating a micro mesoporous material with a dithiooxamide solution, the solution can be placed in an aqueous solution of a transition metal compound and fixed as a dithiooxamide coordination transition metal complex by a chemical reaction. At this time, when a plurality of transition metal compounds are used, a dithiooxamide heteronuclear metal complex supported on a porous material can be produced. The insertion of the platinum group element into the dithiooxamide-coordinated transition metal complex or dithiooxamide-coordinated heteronuclear metal complex supported on the micro-mesoporous material thus produced is similar to the method for producing the intercalation compound described above. The reaction can be performed by a reaction method, a DVD method (Chemical Vapor Deposition), a PVD method (Physical Vapor Deposition), a sputtering method, a plating method, or the like.
本発明におけるミクロ・メソポーラス材料としては、公知の活性炭、多孔性黒鉛、カーボンナノチューブ等の多孔性炭素材料を用いることができるが、これら以外のミクロ・メソポーラス材料を用いて製造される多孔性材料も用いることができる。例えば、ゼオライト又はメソポーラスシリカ等のミクロポーラス材料又はメソポーラス材料に炭素前駆物質の溶液又は気体を流通させ熱あるいはＣＶＤ法によって細孔内に炭素を析出させた後、フッ化水素あるいはアルカリエッチングによって鋳型であるゼオライト又はメソポーラスシリカ等を溶解除去することでミクロポーラス活性炭又はメソポーラス活性炭を製造することができる。炭素前駆物質の代りに遷移金属の前駆物質を用いれば、細孔内への金属化合物の析出、鋳型材料の除去、水素還元、等のプロセスを通して、ミクロ・メソポーラスの金属材料を製造することができる。 As the micro mesoporous material in the present invention, known carbon materials such as activated carbon, porous graphite, and carbon nanotube can be used. Porous materials produced using other micro mesoporous materials are also available. Can be used. For example, after a carbon precursor solution or gas is passed through a microporous material or mesoporous material such as zeolite or mesoporous silica and carbon is deposited in the pores by heat or CVD, the mold is formed by hydrogen fluoride or alkali etching. A microporous activated carbon or mesoporous activated carbon can be produced by dissolving and removing a certain zeolite or mesoporous silica. By using transition metal precursors instead of carbon precursors, micro-mesoporous metal materials can be produced through processes such as precipitation of metal compounds in pores, removal of template materials, hydrogen reduction, etc. .
以下に実施例などを挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例などにより何ら限定されるものではない。
なお、以下では、ジチオオキサミドの代表として、未置換のジチオオキサミドを用いた実施例を挙げる。
「製造例１」白金を挿入したジチオオキサミドコバルト錯体の層間化合物の製造
ジチオオキサミドの溶液（５０質量％のメタノール水溶液２００ｍｌにジチオオキサミドを１０ｇ溶解した溶液）に、攪拌下で０．２モル濃度の硝酸コバルト水溶液１００ｍｌを室温で滴下し、３０分間攪拌した。沈殿物を減圧濾過し、水洗し、５０℃で真空乾燥することによってジチオオキサミドコバルト錯体を得た。該コバルト錯体の粉末１０ｇを０．１モル濃度の塩化白金（IV）酸水溶液１００ｍｌに入れ、室温で一昼夜攪拌後、濾過し、５０℃で真空乾燥することによって白金化合物を吸着したコバルト錯体を得た。該錯体を、攪拌下、ｐＨ＝１２に調整した１０％ホルマリン水溶液１００ｍｌに入れ、４０℃に加温し１時間攪拌を続けた。沈殿物を濾過し、中和し、水洗し、５０℃で真空乾燥することにより白金を挿入したジチオオキサミドコバルト錯体の層間化合物を得た。白金の含有量は約１質量％であった。該物質は、Ｘ線回折測定、透過型分析電子顕微鏡測定、Ｘ線吸収広域微細構造測定等によって、ジチオオキサミドコバルト錯体の層間に白金が挿入された層間化合物であることが確認された。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
In the following, examples using unsubstituted dithiooxamide will be given as representatives of dithiooxamide.
“Production Example 1” Production of an intercalation compound of dithiooxamide cobalt complex with platinum inserted into a solution of dithiooxamide (a solution of 10 g of dithiooxamide in 200 ml of a 50% by weight methanol aqueous solution) with stirring and 0.2 molar nitric acid 100 ml of an aqueous cobalt solution was added dropwise at room temperature and stirred for 30 minutes. The precipitate was filtered under reduced pressure, washed with water, and vacuum dried at 50 ° C. to obtain a dithiooxamide cobalt complex. 10 g of the cobalt complex powder is placed in 100 ml of a 0.1 molar platinum chloride (IV) acid aqueous solution, stirred overnight at room temperature, filtered, and vacuum dried at 50 ° C. to obtain a cobalt complex adsorbing a platinum compound. It was. The complex was placed in 100 ml of 10% formalin aqueous solution adjusted to pH = 12 under stirring, heated to 40 ° C. and stirred for 1 hour. The precipitate was filtered, neutralized, washed with water, and vacuum dried at 50 ° C. to obtain an intercalation compound of dithiooxamide cobalt complex having platinum inserted therein. The platinum content was about 1% by mass. The substance was confirmed to be an intercalation compound in which platinum was inserted between the layers of the dithiooxamide cobalt complex by X-ray diffraction measurement, transmission analytical electron microscope measurement, X-ray absorption broad-area microstructure measurement, and the like.
「製造例２」白金を挿入したジチオオキサミドコバルトニッケル錯体の層間化合物の製造
ジチオオキサミドの溶液（５０質量％のメタノール水溶液２００ｍｌにジチオオキサミドを１０ｇ溶解した溶液）に、攪拌下で０．１モル濃度の硝酸コバルト水溶液１００ｍｌと０．１モル濃度の硝酸ニッケル水溶液１００ｍｌを室温で滴下し、３０分間攪拌した。沈殿物を減圧濾過し、水洗し、５０℃で真空乾燥することによってジチオオキサミドコバルトニッケル錯体を得た。次に、該コバルトニッケル錯体の粉末を用い、製造例１と同様の方法で、白金を挿入したジチオオキサミドコバルトニッケル錯体の層間化合物を製造した。
“Production Example 2” Production of intercalation compound of dithiooxamide cobalt nickel complex with platinum inserted into a solution of dithiooxamide (a solution of 10 g of dithiooxamide in 200 ml of 50% by weight methanol aqueous solution) 100 ml of a cobalt nitrate aqueous solution and 100 ml of a 0.1 molar nickel nitrate aqueous solution were added dropwise at room temperature and stirred for 30 minutes. The precipitate was filtered under reduced pressure, washed with water, and vacuum dried at 50 ° C. to obtain a dithiooxamide cobalt nickel complex. Next, an intercalation compound of dithiooxamide cobalt nickel complex into which platinum was inserted was produced in the same manner as in Production Example 1 using the powder of cobalt nickel complex.
「製造例３」白金を挿入したジチオオキサミドコバルト鉄錯体の層間化合物の製造
ジチオオキサミドの溶液（５０質量％のメタノール水溶液２００ｍｌにジチオオキサミドを１０ｇ溶解した溶液）に、攪拌下で０．１モル濃度の硝酸コバルト水溶液１００ｍｌと０．１モル濃度の硝酸第一鉄水溶液１００ｍｌを室温で滴下し、３０分間攪拌した。沈殿物を減圧濾過し、水洗し、５０℃で真空乾燥することによってジチオオキサミドコバルト鉄錯体を得た。次に、該コバルト鉄錯体の粉末を用い、製造例１と同様の方法で、白金を挿入したジチオオキサミドコバルト鉄錯体の層間化合物を製造した。
「製造例４」白金を挿入したジチオオキサミドコバルトマンガン錯体の層間化合物の製造
ジチオオキサミドの溶液（５０質量％のメタノール水溶液２００ｍｌにジチオオキサミドを１０ｇ溶解した溶液）に、攪拌下で０．１モル濃度の硝酸コバルト水溶液１００ｍｌと０．１モル濃度の酢酸マンガン（II）水溶液１００ｍｌを室温で滴下し、３０分間攪拌した。沈殿物を減圧濾過し、水洗し、５０℃で真空乾燥することによってジチオオキサミドコバルトマンガン錯体を得た。次に、該コバルトマンガン錯体の粉末を用い、製造例１と同様の方法で、白金を挿入したジチオオキサミドコバルトマンガン錯体の層間化合物を製造した。
“Production Example 3” Production of an intercalation compound of dithiooxamide cobalt iron complex with platinum inserted into a solution of dithiooxamide (a solution of 10 g of dithiooxamide in 200 ml of a 50% by weight methanol aqueous solution) 100 ml of an aqueous cobalt nitrate solution and 100 ml of a 0.1 molar aqueous ferrous nitrate solution were added dropwise at room temperature and stirred for 30 minutes. The precipitate was filtered under reduced pressure, washed with water, and vacuum dried at 50 ° C. to obtain a dithiooxamide cobalt iron complex. Next, the intercalation compound of the dithiooxamide cobalt iron complex which inserted platinum was manufactured by the method similar to manufacture example 1 using this powder of cobalt iron complex.
[Production Example 4] Production of intercalation compound of dithiooxamide cobalt manganese complex with platinum inserted into a solution of dithiooxamide (a solution of 10 g of dithiooxamide in 200 ml of 50% by weight methanol aqueous solution) 100 ml of aqueous cobalt nitrate solution and 100 ml of 0.1 molar aqueous manganese (II) acetate solution were added dropwise at room temperature and stirred for 30 minutes. The precipitate was filtered under reduced pressure, washed with water, and vacuum dried at 50 ° C. to obtain a dithiooxamide cobalt manganese complex. Next, the intercalation compound of the dithiooxamide cobalt manganese complex which inserted platinum was manufactured by the method similar to manufacture example 1 using this powder of cobalt manganese complex.
「製造例５」白金を挿入したジチオオキサミドコバルト銅錯体の層間化合物の製造
ジチオオキサミドの溶液（５０質量％のメタノール水溶液２００ｍｌにジチオオキサミドを１０ｇ溶解した溶液）に、攪拌下で０．１モル濃度の硝酸コバルト水溶液１００ｍｌと０．１モル濃度の硫酸銅水溶液１００ｍｌを室温で滴下し、３０分間攪拌した。沈殿物を減圧濾過し、水洗し、５０℃で真空乾燥することによってジチオオキサミドコバルト銅錯体を得た。次に、該コバルト銅錯体の粉末を用い、製造例１と同様の方法で、白金を挿入したジチオオキサミドコバルト銅錯体の層間化合物を製造した。
[Production Example 5] Production of intercalation compound of dithiooxamide cobalt copper complex with platinum inserted into a solution of dithiooxamide (a solution of 10 g of dithiooxamide in 200 ml of 50% by weight methanol aqueous solution) 100 ml of cobalt nitrate aqueous solution and 100 ml of 0.1 molar copper sulfate aqueous solution were added dropwise at room temperature and stirred for 30 minutes. The precipitate was filtered under reduced pressure, washed with water, and vacuum dried at 50 ° C. to obtain a dithiooxamide cobalt copper complex. Next, the intercalation compound of the dithiooxamide cobalt copper complex which inserted platinum was manufactured by the method similar to manufacture example 1 using this powder of cobalt copper complex.
「製造例６」活性炭に担持した白金・コバルト錯体層間化合物の製造
細孔径０．５４ｎｍの合成ゼオライト（ＺＳＭ−５）２０ｇに１％の塩化第二鉄水溶液２００ｍｌを加え１昼夜放置し、濾過し、１２０℃で２時間真空乾燥することによって、鉄イオンを吸着したＺＳＭ−５を調整した。これを石英管に入れ１５００℃に加熱し、ベンゼン蒸気を流通することによって、細孔内に活性炭を析出させた。粉末をとりだしテフロン容器に入れこれにフッ化水素酸を加えＺＳＭ−５を溶解除去し、残った活性炭微粉末を水洗し、アルカリ中和し、水洗し、１２０℃で１昼夜真空乾燥した。
細孔分布及び比表面積の測定の結果、主として０．４〜２．０ｎｍの範囲の細孔分布をもち、比表面積が１５００ｍ2 ／ｇ、細孔容積が１．３６ｃｍ3 ／ｇであった。得られたミクロ・メソポーラス活性炭１０ｇにジチオオキサミドの溶液（５０質量％のメタノール水溶液１０ｍｌにジチオオキサミドを０．５ｇ溶解した溶液）を室温で加え、スチームバス上で、蒸発乾固した。これを０．１モルの硝酸コバルト水溶液１００ｍｌに室温で加え、３０分間攪拌した。沈殿物を減圧濾過し、水洗し、５０℃で真空乾燥することによってミクロ・メソポーラス活性炭に担持のジチオオキサミドコバルト錯体を得た。該コバルト錯体の担持率は約１０質量％であった。次に、得られた活性炭に担持のコバルト錯体の粉末１０ｇを用いて、製造例１と同様の方法によって白金をコバルト錯体に挿入し、ミクロ・メソポーラス活性炭に担持のジチオオキサミドコバルト錯体と白金から成る層間化合物を得た。
[Production Example 6] Production of platinum-cobalt complex intercalation compound supported on activated carbon 200ml of 1% ferric chloride aqueous solution was added to 20g of synthetic zeolite (ZSM-5) with a pore size of 0.54nm and left to stand for one day and filtered. ZSM-5 adsorbed with iron ions was prepared by vacuum drying at 120 ° C. for 2 hours. This was put in a quartz tube and heated to 1500 ° C., and benzene vapor was circulated to deposit activated carbon in the pores. The powder was taken out and placed in a Teflon container to which hydrofluoric acid was added to dissolve and remove ZSM-5. The remaining activated carbon fine powder was washed with water, alkali neutralized, washed with water, and vacuum-dried at 120 ° C. for one day and night.
As a result of measuring the pore distribution and the specific surface area, the pore distribution was mainly in the range of 0.4 to 2.0 nm, the specific surface area was 1500 m 2 / g, and the pore volume was 1.36 cm 3 / g. A solution of dithiooxamide (a solution in which 0.5 g of dithiooxamide was dissolved in 10 ml of a 50 mass% methanol aqueous solution) was added to 10 g of the obtained micro mesoporous activated carbon at room temperature, and evaporated to dryness on a steam bath. This was added to 100 ml of a 0.1 molar aqueous cobalt nitrate solution at room temperature and stirred for 30 minutes. The precipitate was filtered under reduced pressure, washed with water, and vacuum dried at 50 ° C. to obtain a dithiooxamide cobalt complex supported on micro-mesoporous activated carbon. The loading ratio of the cobalt complex was about 10% by mass. Next, using 10 g of the cobalt complex powder supported on the obtained activated carbon, platinum was inserted into the cobalt complex in the same manner as in Production Example 1, and from the dithiooxamide cobalt complex supported on the micro-mesoporous activated carbon and platinum. An intercalation compound was obtained.
「製造例７」白金・コバルト錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの製造
製造例１で製造した白金を挿入したジチオオキサミドコバルト錯体の層間化合物１０ｇとメタノール１０ｍｌ、及び５質量％ナフィオン溶液１０ｍｌを混合し、超音波ホモジナイザーによってペースト状に加工した。カーボンクロスを高分子電解質膜（デュポン社製造品：ナフィオン）の両面に敷設したフィルムを用意し、このフィルムに上記ペーストを両面塗布した後、乾燥、圧延プレスによって１５０℃−１時間加熱圧縮することによって、ＭＥＡ（Membrane Electronic Assembly ）フィルムを作製した。
「製造例８」白金・コバルトニッケル錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの製造
製造例２の白金を挿入したジチオオキサミドコバルトニッケル錯体の層間化合物を用い、製造例７と同様にしてＭＥＡフィルムを作製した。
“Production Example 7” Production of MEA film of platinum / cobalt complex intercalation compound 10 g of dithiooxamide cobalt complex intercalation compound inserted with platinum produced in Production Example 1, 10 ml of methanol, and 10 ml of 5% by mass Nafion solution were mixed. The paste was processed with an ultrasonic homogenizer. Prepare a film in which carbon cloth is laid on both sides of a polymer electrolyte membrane (manufactured by DuPont: Nafion), apply the above paste on both sides of this film, and then dry and heat-press the film at 150 ° C. for 1 hour. by, to prepare a MEA (M embrane E lectronic a ssembly ) film.
[Production Example 8] Production of MEA film of platinum / cobalt-nickel complex intercalation compound An MEA film was produced in the same manner as in Production Example 7 using the dithiooxamide cobalt nickel complex intercalation compound in which platinum of Production Example 2 was inserted.
「製造例９」白金・コバルト鉄錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの製造
製造例３の白金を挿入したジチオオキサミドコバルト鉄錯体の層間化合物触媒を用い、製造例７と同様にしてＭＥＡフィルムを作製した。
「製造例１０」白金・コバルトマンガン錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの製造
製造例４の白金を挿入したジチオオキサミドコバルトマンガン錯体の層間化合物を用い、製造例７と同様にしてＭＥＡフィルムを作製した。
「製造例１１」白金・コバルト銅錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの製造
製造例５の白金を挿入したジチオオキサミドコバルト銅錯体の層間化合物を用い、製造例７と同様にしてＭＥＡフィルムを作製した。
「製造例１２」活性炭に担持した白金・コバルト錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの製造
製造例６の活性炭に担持した白金挿入コバルト錯体の層間化合物を用い、製造例７と同様にしてＭＥＡフィルムを作製した。
[Production Example 9] Production of MEA film of platinum / cobalt iron complex intercalation compound An MEA film was produced in the same manner as in Production Example 7 using the intercalation compound catalyst of dithiooxamide cobalt iron complex into which platinum in Production Example 3 was inserted. .
Production Example 10 Production of MEA Film of Platinum / Cobalt Manganese Complex Intercalation Compound An MEA film was produced in the same manner as in Production Example 7, using the dithiooxamide cobalt manganese complex intercalation compound in which platinum in Production Example 4 was inserted.
[Production Example 11] Production of MEA film of platinum / cobalt copper complex intercalation compound An MEA film was produced in the same manner as in Production Example 7 using the dithiooxamide cobalt copper complex intercalation compound in which platinum of Production Example 5 was inserted.
[Production Example 12] Production of MEA film of platinum / cobalt complex intercalation compound supported on activated carbon Using the intercalation compound of platinum-inserted cobalt complex supported on activated carbon of Production Example 6, an MEA film was produced in the same manner as in Production Example 7. .
［実施例１］白金・コバルト錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの出力測定
製造例７のＭＥＡフィルムを５ｃｍ角にカットしたものを、燃料電池用電極の性能測定のための単セル装置にセットした後、燃料室にエタノール水溶液（モル比でエタノール：水＝１：２の水溶液）を毎分１ｍｌ供給し、空気室に空気を毎分１００ｍｌ供給した。約１時間運転し、電気計測装置によって１時間後の電流と電圧を測定し、ＭＥＡフィルムの単位面積当たりの出力密度を求めた。その結果、出力密度は約６０ｍＷ／ｃｍ2 であった。
［実施例２］白金・コバルトニッケル錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの出力測定
製造例８のＭＥＡフィルムを５ｃｍ角にカットしたものを、燃料電池用電極性能測定用の単セル装置にセットした後、実施例１と同様にして電極性能を測定した。その結果、出力密度は約８０ｍＷ／ｃｍ2 であった。
[Example 1] Output measurement of MEA film of platinum / cobalt complex intercalation compound After the MEA film of Production Example 7 was cut into 5 cm square, it was set in a single cell device for measuring the performance of fuel cell electrodes. 1 ml of an aqueous ethanol solution (ethanol: water = 1: 2 aqueous solution in molar ratio) was supplied to the fuel chamber per minute, and 100 ml of air was supplied to the air chamber per minute. It was operated for about 1 hour, and the current and voltage after 1 hour were measured with an electric measuring device to determine the output density per unit area of the MEA film. As a result, the power density was about 60 mW / cm 2 .
[Example 2] Measurement of output of MEA film of platinum / cobalt-nickel complex intercalation compound After the MEA film of Production Example 8 was cut into 5 cm square, it was set in a single cell device for measuring the electrode performance for a fuel cell. The electrode performance was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the power density was about 80 mW / cm 2 .
［実施例３］白金・コバルト鉄錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの出力測定
製造例９のＭＥＡフィルムを５ｃｍ角にカットしたものを、燃料電池用電極性能測定用の単セル装置にセットした後、実施例１と同様にして電極性能を測定した。その結果、出力密度は約６５ｍＷ／ｃｍ2 であった。
［実施例４］白金・コバルトマンガン錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの出力測定
製造例１０のＭＥＡフィルムを５ｃｍ角にカットしたものを、燃料電池用電極性能測定用の単セル装置にセットした後、実施例１と同様にして電極性能を測定した。その結果、出力密度は約６５ｍＷ／ｃｍ2 であった。
[Example 3] Measurement of output of MEA film of platinum / cobalt iron complex intercalation compound After the MEA film of Production Example 9 was cut into 5 cm square was set in a single cell device for measuring the electrode performance for a fuel cell, the measurement was performed. The electrode performance was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the power density was about 65 mW / cm 2 .
[Example 4] Output measurement of MEA film of platinum / cobalt-manganese complex intercalation compound After the MEA film of Production Example 10 was cut into 5 cm square, it was set in a single cell device for measuring the electrode performance for a fuel cell. The electrode performance was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the power density was about 65 mW / cm 2 .
［実施例５］白金・コバルト銅錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの出力測定
製造例１１のＭＥＡフィルムを５ｃｍ角にカットしたものを、燃料電池用電極性能測定用の単セル装置にセットした後、実施例１と同様にして電極性能を測定した。その結果、出力密度は約６５ｍＷ／ｃｍ2 であった。
［実施例６］活性炭に担持した白金・コバルト錯体層間化合物のＭＥＡフィルムの出力測定
製造例１２のＭＥＡフィルムを５ｃｍ角にカットしたものを、燃料電池用電極性能測定用の単セル装置にセットした後、実施例１と同様にして電極性能を測定した。その結果、出力密度は約１００ｍＷ／ｃｍ2 であった。
[Example 5] Output measurement of MEA film of platinum / cobalt-copper complex intercalation compound After the MEA film of Production Example 11 was cut into 5 cm square, it was set in a single cell device for measuring the electrode performance for a fuel cell. The electrode performance was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the power density was about 65 mW / cm 2 .
[Example 6] Measurement of output of MEA film of platinum / cobalt complex intercalation compound supported on activated carbon The MEA film of Production Example 12 cut into 5 cm square was set in a single cell device for measuring electrode performance for fuel cells. Thereafter, the electrode performance was measured in the same manner as in Example 1. As a result, the power density was about 100 mW / cm 2 .
本発明の白金族元素を挿入したジチオオキサミド配位遷移金属錯体の層間化合物を含有する電極は燃料電池用電極として有用であり、また、該電極はアルコール改質型燃料電池のために有用である。 An electrode containing an intercalation compound of a dithiooxamide coordination transition metal complex having a platinum group element inserted therein is useful as an electrode for a fuel cell, and the electrode is useful for an alcohol reforming fuel cell.
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