JP5168450B2 - 燃料電池用電極触媒の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]導電性カーボン担体を水に分散させた水分散液に、白金化合物と還元剤とを添加し、得られた混合液を50〜120℃で処理して、導電性カーボン担体に粒子間隔を制御した平均粒径0.1nm〜1.5nmのPt微粒子を生成する第一担持工程と、該Pt微粒子を核として他の金属を成長させ、下記式
担持率(質量%)=[B/(A+B+C)]×100
A:Pt微粒子の質量
B:他の金属の質量
C:導電性カーボン担体の質量
から求められる担持率を50質量%以上とする第二担持工程と、第二担持工程終了後に水素を含む雰囲気で、20℃以上100℃未満の温度で、0.5〜8時間処理する工程とを含み、
前記Pt微粒子を核として成長させる他の金属がPtRu、PtRuSn、PtRuRh、PtRuPd、PtRuIr、PtRuMo又はPtRuWであり、
前記水素を含む雰囲気で処理する工程後の前記他の金属の平均粒径が4nm以下であることを特徴とする燃料電池用電極触媒の製造方法。
[2]導電性カーボン担体上に担持させるPt微粒子を核として成長させる他の金属がPtRuである[1]記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
i.導電性カーボン担体に粒子間隔を制御した粒径0.1〜1.5nmの金属微粒子を生成する第一担持工程
ii.該金属微粒子を核に他の金属を成長させる第二担持工程
iii.第二担持工程終了後に成長した他の金属を水素を含む雰囲気で処理する水素処理工程
を備えたものである。
ここで、第一担持工程で用いられる導電性カーボン担体としては、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャネルブラック、活性炭、HOPG等が使用できる。この場合、この導電性カーボン担体の平均粒径は10〜200nm、特に10〜50nmが好ましい。平均粒径が10nmより小さいと、カーボンを均一に分散させて平均粒径1.5nm以下の金属微粒子を担持することが困難な場合が生じ、平均粒径が、200nmより大きいと、単位体積当りの金属量が減少するため、燃料電池作製時、所定の触媒量を載せるためには、触媒層が厚くなり、燃料が供給されにくくなるおそれがある。
担持率(質量%)=[A/(A+C)]×100
A:金属微粒子質量
C:カーボン担体質量
なお、ここでの担持率は、下記式から求められる。
担持率(質量%)=[B/(A+B+C)]×100
A:金属微粒子質量
B:触媒金属(例えばPtRu)質量
C:カーボン担体質量
また、担持量を上記範囲とするには、溶液中に投入する金属原料の量で調整すればよい。
[実施例1]
2段担持法によるPtRu/Cの作製
カーボン担体(ケッチェンブラックEC300J:ライオン社製)5gを含有する500mlの水分散液に、0.6gの白金を含む塩化白金酸を添加し、更にエチレングリコールを500g及びNaOHを50mmol添加した。この混合液を60℃で24時間加熱攪拌処理した。濾過、洗浄後、80℃で24時間乾燥し、Pt核を担持したカーボン5.6gを得た。
得られたPt核を担持したカーボンをTEM観察した結果、平均粒径約0.5nmの微粒子が担体上に均一に分散している様子を確認できた。
実施例1で作製した68質量%PtRu/Cを窒素1L/min+水素0.5L/minの雰囲気中100℃で1時間処理した。処理後のTEM像を観察したところ、PtRuの平均粒径は2.9nmであった。カーボン上PtRu粒子の分散状態は、処理前に比べ凝集している様子が見られた。
実施例1で作製した68質量%PtRu/Cを窒素1L/min+水素0.5L/minの雰囲気中300℃で1時間処理した。処理後のTEM像を観察したところ、PtRuの平均粒径は3.7nmであり、粒成長が見られた。
実施例1で作製した68質量%PtRu/C(PtRu平均粒径2.4nm)を水素を含む雰囲気での処理を行わず、活性表面積及びメタノール酸化活性を評価した。
実施例1、参考例1,2及び比較例1の触媒について、活性表面積及び0.4V,0.5V(vs RHE)メタノール酸化活性の評価結果を表1に示す。
従って、粒子サイズの増大を生じない温度域での水素を含む雰囲気での処理により、高担持・高分散PtRu/C触媒のメタノール酸化活性を更に向上できることがわかる。
Claims (2)
- 導電性カーボン担体を水に分散させた水分散液に、白金化合物と還元剤とを添加し、得られた混合液を50〜120℃で処理して、導電性カーボン担体に粒子間隔を制御した平均粒径0.1nm〜1.5nmのPt微粒子を生成する第一担持工程と、該Pt微粒子を核として他の金属を成長させ、下記式
担持率(質量%)=[B/(A+B+C)]×100
A:Pt微粒子の質量
B:他の金属の質量
C:導電性カーボン担体の質量
から求められる担持率を50質量%以上とする第二担持工程と、第二担持工程終了後に水素を含む雰囲気で、20℃以上100℃未満の温度で、0.5〜8時間処理する工程とを含み、
前記Pt微粒子を核として成長させる他の金属がPtRu、PtRuSn、PtRuRh、PtRuPd、PtRuIr、PtRuMo又はPtRuWであり、
前記水素を含む雰囲気で処理する工程後の前記他の金属の平均粒径が4nm以下であることを特徴とする燃料電池用電極触媒の製造方法。 - 導電性カーボン担体上に担持させるPt微粒子を核として成長させる他の金属がPtRuである請求項1記載の燃料電池用電極触媒の製造方法。
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