JP7310759B2 - Ionoma-coated catalyst and manufacturing method thereof, protective material-coated electrode catalyst and manufacturing method thereof - Google Patents

Ionoma-coated catalyst and manufacturing method thereof, protective material-coated electrode catalyst and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP7310759B2
JP7310759B2 JP2020145031A JP2020145031A JP7310759B2 JP 7310759 B2 JP7310759 B2 JP 7310759B2 JP 2020145031 A JP2020145031 A JP 2020145031A JP 2020145031 A JP2020145031 A JP 2020145031A JP 7310759 B2 JP7310759 B2 JP 7310759B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ionomer
catalyst
protective material
coated
catalyst particles
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.)
Active
Application number
JP2020145031A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021082578A (en
Inventor
憲治 工藤
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
Publication of JP2021082578A publication Critical patent/JP2021082578A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7310759B2 publication Critical patent/JP7310759B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Inert Electrodes (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

本発明は、アイオノマコート触媒及びその製造方法、並びに、保護材被覆電極触媒及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、触媒粒子の表面がアイオノマでコートされたアイオノマコート触媒及びその製造方法、並びに、触媒粒子の表面が保護材で被覆された保護材被覆電極触媒及びその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ionomer-coated catalyst and its production method, and a protective material-coated electrode catalyst and its production method. , a protective material-coated electrode catalyst in which the surfaces of catalyst particles are coated with a protective material, and a method for producing the same.

固体高分子形燃料電池は、固体高分子電解質膜の両面に電極が接合された膜電極接合体(MEA)を基本単位とする。また、固体高分子形燃料電池において、電極は、一般に、拡散層と触媒層の二層構造をとる。拡散層は、触媒層に反応ガス及び電子を供給するためのものであり、カーボンペーパー、カーボンクロス等が用いられる。また、触媒層は、電極反応の反応場となる部分であり、一般に、白金等の電極触媒を担持したカーボンと固体高分子電解質(触媒層アイオノマ)との複合体からなる。 A polymer electrolyte fuel cell is based on a membrane electrode assembly (MEA) in which electrodes are joined to both sides of a solid polymer electrolyte membrane. Moreover, in polymer electrolyte fuel cells, electrodes generally have a two-layer structure of a diffusion layer and a catalyst layer. The diffusion layer is for supplying reaction gas and electrons to the catalyst layer, and is made of carbon paper, carbon cloth, or the like. The catalyst layer is a reaction field for electrode reaction, and is generally composed of a composite of carbon supporting an electrode catalyst such as platinum and a solid polymer electrolyte (catalyst layer ionomer).

固体高分子形燃料電池に用いられる触媒層は、一般に、
(a)電極触媒及びアイオノマを含み、固形分濃度が約10%の触媒インクを作製し、
(b)種々の方法を用いて、触媒インクを基材表面に塗布し、塗膜中の溶媒を揮発させることにより基材表面に触媒層を形成し、
(c)基材表面の触媒層を電解質膜に転写する
ことにより製造されている。
また、基材の代わりに固体高分子電解質膜に触媒インクを直接塗布する方法もある。
A catalyst layer used in a polymer electrolyte fuel cell is generally
(a) preparing a catalyst ink containing an electrocatalyst and an ionomer and having a solids concentration of about 10%;
(b) forming a catalyst layer on the substrate surface by applying a catalyst ink to the substrate surface and volatilizing the solvent in the coating film using various methods;
(c) It is manufactured by transferring the catalyst layer on the substrate surface to the electrolyte membrane.
There is also a method of applying the catalyst ink directly to the solid polymer electrolyte membrane instead of the base material.

基材表面への触媒インクの塗布方法としては、例えば、スプレー法、ドクターブレードやアプリケーターを用いたブレードコート法、ダイコート法、リバースロールコータ法、間欠ダイ塗工法などが知られている。いずれの方法を用いる場合であっても、触媒インクの性状は、触媒層の健全性や生産性に影響を与える。そのため、触媒層の健全性や生産性を向上させることを目的として、触媒層の製造方法に関して従来から種々の提案がなされている。 Known methods for applying the catalyst ink to the substrate surface include, for example, a spray method, a blade coating method using a doctor blade or an applicator, a die coating method, a reverse roll coater method, and an intermittent die coating method. Whichever method is used, the properties of the catalyst ink affect the soundness and productivity of the catalyst layer. Therefore, various proposals have been conventionally made regarding methods for manufacturing a catalyst layer, with the aim of improving the soundness and productivity of the catalyst layer.

例えば、特許文献1には、
(a)高酸素透過アイオノマ及び白金担持カーボンを含む分散液を調製し、分散液から溶媒を蒸発させて乾燥粉とし、
(b)乾燥粉、及びナフィオン(登録商標)溶液を含む分散液を調整し、分散液をシート上に塗布する
ことにより得られる燃料電池用電極が開示されている。
同文献には、触媒層アイオノマを二層構造にすることにより、高酸素透過性材料の使用量が少量であっても酸素透過性が向上し、触媒使用量を低減できる点が記載されている。
For example, in Patent Document 1,
(a) preparing a dispersion containing a highly oxygen-permeable ionomer and platinum-supported carbon, and evaporating the solvent from the dispersion to obtain a dry powder;
(b) A fuel cell electrode is disclosed that is obtained by preparing a dispersion containing a dry powder and a Nafion® solution and applying the dispersion onto a sheet.
The document describes that by making the catalyst layer ionomer a two-layer structure, oxygen permeability is improved even if the amount of high oxygen permeability material used is small, and the amount of catalyst used can be reduced. .

特許文献2には、
(a)白金担持カーボン及び高酸素透過アイオノマを、水比率が0.8以上である溶媒に分散させて分散液とし、
(b)分散液を乾燥させて粉末とし、
(c)粉末を130℃以上200℃以下の熱処理温度で熱処理する
ことにより得られるアイオノマコート触媒が開示されている。
同文献には、このようなアイオノマコート触媒を用いると、低粘度、かつ、高固形分濃度の触媒インクを製造することができる点が記載されている。
In Patent Document 2,
(a) platinum-supported carbon and a highly oxygen-permeable ionomer are dispersed in a solvent having a water ratio of 0.8 or more to form a dispersion;
(b) drying the dispersion to a powder;
(c) An ionomer-coated catalyst obtained by heat-treating a powder at a heat-treatment temperature of 130° C. or more and 200° C. or less is disclosed.
The document describes that the use of such an ionomer-coated catalyst makes it possible to produce a catalyst ink having a low viscosity and a high solid content concentration.

特許文献3には、
(a)メソポーラスカーボンの内部に触媒金属を担持させた触媒を作製し、
(b)触媒と、溶媒と、アイオノマとを含む材料を混合して触媒インクを作製し、
(c)触媒インクを基材上に塗布する
ことにより得られる電極触媒層が開示されている。
同文献には、メソポーラスカーボンの内部に触媒金属を担持させると、アイオノマによる触媒金属の被毒を抑制することができる点が記載されている。
In Patent Document 3,
(a) preparing a catalyst in which a catalytic metal is supported inside mesoporous carbon;
(b) mixing materials including a catalyst, a solvent, and an ionomer to prepare a catalyst ink;
(c) disclosed is an electrode catalyst layer obtained by applying a catalyst ink onto a substrate.
This document describes that poisoning of the catalyst metal by the ionomer can be suppressed by supporting the catalyst metal inside the mesoporous carbon.

特許文献4には、中空状カーボン担体に白金が担持された担持触媒を含むカソード側触媒層が開示されている。
同文献には、
(A)アノード側は低電位であるため、アイオノマによる触媒被毒があまり問題とならないのに対し、カソード側は電位が高いため、アイオノマによる触媒被毒が問題となる点、及び、
(B)カソード側触媒として、中空状カーボン担体に白金が担持された担持触媒を用いると、アイオノマによる白金の被毒を低減することができる点
が記載されている。
Patent Document 4 discloses a cathode-side catalyst layer containing a supported catalyst in which platinum is supported on a hollow carbon carrier.
In the same document,
(A) Since the anode side has a low potential, catalyst poisoning by the ionomer is not a big problem, whereas the cathode side has a high potential, so catalyst poisoning by the ionomer becomes a problem;
(B) It is described that poisoning of platinum by an ionomer can be reduced by using a supported catalyst in which platinum is supported on a hollow carbon carrier as the cathode-side catalyst.

特許文献5には、
(a)細孔を有するカーボン担体を水に分散させ、脱気することにより、細孔内部に水が侵入しているカーボン担体が分散している分散液を作製し、
(b)分散液に触媒金属の塩を加え、カーボン担体に触媒金属の塩を担持させ、
(c)触媒金属の塩を還元処理する
ことにより得られる燃料電池用電極触媒が開示されている。
同文献には、このような方法により、カーボン担体の細孔内に触媒金属が担持されている電極触媒が得られる点が記載されている。
In Patent Document 5,
(a) dispersing a carbon support having pores in water and degassing to prepare a dispersion in which the carbon support having water intruded into the pores is dispersed;
(b) adding a catalyst metal salt to the dispersion to support the catalyst metal salt on the carbon support;
(c) A fuel cell electrode catalyst obtained by reducing a salt of a catalytic metal is disclosed.
The document describes that an electrode catalyst in which a catalytic metal is supported in the pores of a carbon support can be obtained by such a method.

特許文献6には、細孔径が2~5nmであり、細孔容量が2.1~2.4mL/gであるメソポーラスカーボンに貴金属を担持させた貴金属担持触媒が開示されている。
同文献には、所定の条件を満たすメソポーラスカーボンを使用することによって、ガス拡散性が向上し、それによって電圧性能が改善する点が記載されている。
Patent Document 6 discloses a noble metal-supported catalyst in which a noble metal is supported on mesoporous carbon having a pore diameter of 2 to 5 nm and a pore volume of 2.1 to 2.4 mL/g.
This document describes that the use of mesoporous carbon that satisfies predetermined conditions improves gas diffusibility, thereby improving voltage performance.

特許文献7には、メソ孔の半径が1~10nmであり、メソ孔のモード半径が2.5~10nmである担体のメソ細孔内に白金合金微粒子を担持させた触媒が開示されている。
同文献には、メソ孔の大きさを制御することによって、白金合金微粒子を担体内部に担持することができる点が記載されている。
Patent Document 7 discloses a catalyst in which platinum alloy fine particles are supported in the mesopores of a carrier having a mesopore radius of 1 to 10 nm and a mesopore mode radius of 2.5 to 10 nm. .
The document describes that platinum alloy fine particles can be supported inside the carrier by controlling the size of the mesopores.

特許文献8には、
(a)002面の結晶子径Lcが1.5nm以下であるメソポーラスカーボンからなる担体を、1700℃以上かつ2300℃未満で熱処理し、
(b)熱処理された担体の少なくとも内部に触媒粒子を担持し、
(c)触媒粒子が担持された担体にアイオノマーを被覆する
燃料電池用電極の製造方法が開示されている。
In Patent Document 8,
(a) heat-treating a carrier made of mesoporous carbon having a crystallite diameter Lc of 002 plane of 1.5 nm or less at 1700° C. or more and less than 2300° C.;
(b) supporting catalyst particles on at least the interior of the heat-treated support;
(c) A method for producing a fuel cell electrode is disclosed in which a carrier on which catalyst particles are supported is coated with an ionomer.

同文献には、
(A)触媒担体としてカーボンブラックを用いる場合において、カーボンブラックの耐久性を向上させるためにカーボンブラックに対して熱処理を施すと、カーボンブラック内の細孔が潰れ、細孔内に触媒粒子を内包させることが難しくなる点、
(B)所定の条件を満たすメソポーラスカーボンを熱処理すると、メソポーラスカーボンの細孔は潰れることがなく、メソポーラスカーボンの耐久性が向上する点、及び、
(C)このような担体の細孔内に触媒を担持すると、細孔内にはアイオノマがほとんど入り込まないので、アイオノマよる触媒被毒を抑制できる点
が記載されている。
In the same document,
(A) When carbon black is used as a catalyst carrier, if heat treatment is applied to the carbon black in order to improve the durability of the carbon black, the pores in the carbon black are crushed, and the catalyst particles are included in the pores. It becomes difficult to let
(B) When mesoporous carbon that satisfies predetermined conditions is heat-treated, the pores of the mesoporous carbon are not crushed and the durability of the mesoporous carbon is improved;
(C) It is described that when the catalyst is supported in the pores of such a carrier, the ionomer hardly enters the pores, so that poisoning of the catalyst by the ionomer can be suppressed.

特許文献9には、アイオノマによる触媒被毒の抑制を目的とするものではないが、
(a)銅イオンを含み、かつ、白金担持カーボンが分散している酸水溶液に銅板を浸漬し、酸水溶液を攪拌する方法、及び、
(b)酸水溶液の攪拌を行っている際に、酸水溶液中にPt線(作用極)を浸漬し、Pt線の電位が銅の標準酸化還元電位になるまでに要する時間を計測する工程と、計測終了後にPt線の表面に析出した銅層を除去する工程とを繰り返す方法
が開示されている。
Although Patent Document 9 does not aim to suppress catalyst poisoning by ionomer,
(a) a method of immersing a copper plate in an acid aqueous solution containing copper ions and platinum-supported carbon dispersed therein and stirring the acid aqueous solution;
(b) a step of immersing a Pt wire (working electrode) in the acid aqueous solution while stirring the acid aqueous solution, and measuring the time required for the potential of the Pt wire to reach the standard oxidation-reduction potential of copper; and removing the copper layer deposited on the surface of the Pt wire after the measurement is completed.

同文献には、
(A)酸水溶液中に分散している白金担持カーボンが銅板に接触すると、ほぼ瞬間的にアンダーポテンシャルデポジション(UPD)が起こり、白金粒子の表面に1原子層の銅層が形成される点、
(B)Pt線の電位が銅の標準酸化還元電位になるまでに要する時間の経時変化を計測することにより、白金担持カーボンに含まれる白金粒子の表面が銅層で完全に覆われたか否かを判定できる点、及び、
(C)白金粒子の表面に析出した銅単原子層を金でガルバニック置換すると、白金粒子の表面が金で修飾された触媒を得ることができ、これによって、白金粒子の酸化及び溶出を抑制することができる点
が記載されている。
In the same document,
(A) When platinum-supported carbon dispersed in an acid aqueous solution contacts a copper plate, underpotential deposition (UPD) occurs almost instantaneously, and a one-atom-layer copper layer is formed on the surface of the platinum particles. ,
(B) Whether or not the surface of the platinum particles contained in the platinum-carrying carbon is completely covered with a copper layer by measuring the change over time in the time required for the potential of the Pt wire to reach the standard oxidation-reduction potential of copper. can be determined, and
(C) Galvanic replacement of the copper monoatomic layer deposited on the surface of the platinum particles with gold can provide a catalyst in which the surface of the platinum particles is modified with gold, thereby suppressing oxidation and elution of the platinum particles. It mentions what you can do.

さらに、非特許文献1には、燃料電池用電極触媒の製造を目的とするものではないが、プラスチックなどの不導体表面を金属化する無電解銅めっきを行うためのめっき浴の組成が開示されている。 Furthermore, Non-Patent Document 1 discloses the composition of a plating bath for performing electroless copper plating for metallizing the surface of non-conductors such as plastics, although it is not intended for the production of electrode catalysts for fuel cells. ing.

白金触媒表面がアイオノマで被覆されると、アイオノマ中のアニオン(スルホン酸基やイミド酸基等)により白金が被毒され、酸素還元活性が低下することが知られている(例えば、非特許文献2、3参照)。そのため、高効率な燃料電池を構築するためには、アイオノマによる触媒の被毒を低減させることが必要である。
この問題を解決するために、特許文献3~8には、多孔質の担体を用い、担体の細孔内に触媒粒子を担持させることが提案されている。しかし、多孔質の担体は、一般に、カーボンブラックなどの中実担体に比べて高価である。
It is known that when the surface of a platinum catalyst is coated with an ionomer, platinum is poisoned by the anions (sulfonic acid group, imidic acid group, etc.) in the ionomer, and the oxygen reduction activity decreases (for example, non-patent literature 2, 3). Therefore, in order to construct a highly efficient fuel cell, it is necessary to reduce the poisoning of the catalyst by the ionomer.
In order to solve this problem, Patent Documents 3 to 8 propose using a porous carrier and supporting catalyst particles in the pores of the carrier. However, porous carriers are generally more expensive than solid carriers such as carbon black.

また、多孔質カーボン担体内部にはアイオノマが存在しないため、カーボンの吸着水で多孔質担体内部へプロトンが供給される。しかし、低湿度条件ではその吸着水が減少するため、触媒にプロトンが届きにくくなり、内部の白金利用率が低下するという問題がある。
アイオノマによる触媒被毒を低減し、かつ、低湿度条件での触媒利用率を向上させるためには、触媒粒子を被毒しない程度にアイオノマが触媒粒子から離れており、かつ、プロトンが供給できる程度にアイオノマが触媒粒子の近くに存在するのが望ましい。
しかしながら、このような条件を満たす電極触媒が提案された例は、従来にはない。特に、低コストな中実担体を用いた電極触媒において、アイオノマ被毒を低減する方法が提案された例は、従来にはない。
In addition, since no ionomer is present inside the porous carbon support, protons are supplied to the inside of the porous support by adsorbed water of the carbon. However, since the amount of adsorbed water decreases under low humidity conditions, it becomes difficult for protons to reach the catalyst, and there is a problem that the platinum utilization rate inside decreases.
In order to reduce catalyst poisoning by the ionomer and improve the catalyst utilization rate under low humidity conditions, the ionomer is separated from the catalyst particles to the extent that the catalyst particles are not poisoned, and protons can be supplied. It is desirable for the ionomer to be close to the catalyst particles.
However, there is no example in which an electrode catalyst that satisfies such conditions has been proposed. In particular, in the case of an electrode catalyst using a low-cost solid carrier, there has been no example of a proposed method for reducing ionomer poisoning.

特開2014-216157号公報JP 2014-216157 A 特開2018-152333号公報JP 2018-152333 A 特開2018-181838号公報JP 2018-181838 A 特開2018-163843号公報JP 2018-163843 A 特開2018-098198号公報JP 2018-098198 A 特開2018-098196号公報JP 2018-098196 A 国際公開第2014/175106号WO2014/175106 国際公開第2014/185498号WO2014/185498 特開2012-240002号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-240002

藤波 知之、「無電解銅めっき」、表面技術、Vol.50、No.2(1999)、p129-134Tomoyuki Fujinami, "Electroless Copper Plating", Surface Technology, Vol.50, No.2 (1999), p129-134 Ram Sbbaraman et al., "Oxygen Reduction Reaction at Three-Phase Interface," ChemPhysChem 2010, 11, 2825-2833Ram Sbbaraman et al., "Oxygen Reduction Reaction at Three-Phase Interface," ChemPhysChem 2010, 11, 2825-2833 Kazuma Shinozaki et al., "Suppression of oxygen reduction reaction activity on Pt-based electrocatalysts from ionomer incorporation," Journal of Power Sources, 2016, 325, 745-751Kazuma Shinozaki et al., "Suppression of oxygen reduction reaction activity on Pt-based electrocatalysts from ionomer incorporation," Journal of Power Sources, 2016, 325, 745-751

本発明が解決しようとする課題は、アイオノマによる触媒被毒が少なく、かつ、低湿条件下での触媒利用率が高いアイオノマコート触媒及びその製造方法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、このようなアイオノマコート触媒の製造に用いられる保護材被覆電極触媒及びその製造方法を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide an ionomer-coated catalyst that is less poisoned by ionomer and has a high catalyst utilization rate under low humidity conditions, and a method for producing the same.
Another problem to be solved by the present invention is to provide a protective material-coated electrode catalyst used for producing such an ionomer-coated catalyst 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アイオノマコート触媒の製造方法は、
担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒を準備する第1工程と、
前記触媒粒子の表面を保護材でコートし、保護材被覆電極触媒を得る第2工程と、
前記保護材被覆電極触媒の表面をアイオノマでさらにコートし、前駆体を得る第3工程と、
前記前駆体から前記保護材を抽出する第4工程と
を備えている。
In order to solve the above problems, the method for producing an ionomer-coated catalyst according to the present invention comprises:
A first step of preparing an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on a carrier surface;
a second step of coating the surface of the catalyst particles with a protective material to obtain a protective material-coated electrode catalyst;
a third step of further coating the surface of the protective material-coated electrode catalyst with an ionomer to obtain a precursor;
and a fourth step of extracting the protective material from the precursor.

本発明に係るアイオノマコート触媒は、本発明に係る方法により得られたものからなる。 The ionomer-coated catalyst according to the invention is obtained by the method according to the invention.

本発明に係る保護材被覆電極触媒の製造方法は、
担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒を準備する第1工程と、
前記触媒粒子の表面を保護材でコートし、保護材被覆電極触媒を得る第2工程と
を備えている。
The method for producing a protective material-coated electrode catalyst according to the present invention comprises:
A first step of preparing an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on a carrier surface;
and a second step of coating the surface of the catalyst particles with a protective material to obtain a protective material-coated electrode catalyst.

さらに、本発明に係る保護材被覆電極触媒は、
担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒と、
前記触媒粒子の表面を被覆する保護材と
を備えている。
Furthermore, the protective material-coated electrode catalyst according to the present invention is
an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on the surface of a carrier;
and a protective material that coats the surface of the catalyst particles.

担体表面に触媒粒子を担持し、触媒粒子の表面を保護材でコートし、さらに保護材の表面をアイオノマーでコートした後、保護材を抽出すると、担体として中実担体を用いた場合であっても、アイオノマによる触媒被毒が少なく、かつ、低湿条件での触媒利用率が高いアイオノマコート触媒が得られる。
これは、保護材のコート及び抽出を行うことによって、触媒粒子の周囲にアイオノマが近接して配置されると同時に、アイオノマと触媒粒子との間に適度な大きさの空間が形成されるためと考えられる。換言すれば、触媒粒子が被毒しない程度にアイオノマと触媒粒子とが離れており、かつ、低湿度環境下でもプロトン供給が可能となる程度にアイオノマと触媒粒子とが近接しているためと考えられる。
After the catalyst particles are supported on the carrier surface, the surface of the catalyst particles is coated with a protective material, and the surface of the protective material is further coated with an ionomer, the protective material is extracted. Also, it is possible to obtain an ionomer-coated catalyst that is less poisoned by the ionomer and has a high catalyst utilization rate under low-humidity conditions.
This is because the ionomer is arranged close to the catalyst particles by coating and extracting the protective material, and at the same time, a space of an appropriate size is formed between the ionomer and the catalyst particles. Conceivable. In other words, it is believed that the ionomer and the catalyst particles are separated enough to prevent the catalyst particles from being poisoned, and are close enough to allow the supply of protons even in a low-humidity environment. be done.

本発明に係るアイオノマコート触媒の製造方法の模式図である。1 is a schematic diagram of a method for producing an ionomer-coated catalyst according to the present invention; FIG. 実施例1及び比較例1~2で得られたアイオノマコート触媒の酸素還元活性維持率である。1 shows oxygen reduction activity retention rates of ionomer-coated catalysts obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 実施例2で得られた保護材被覆電極触媒の元素分布マッピング(図3(A):銅、図3(B):白金)、及び透過電子顕微鏡像(図3(C))である。3 shows element distribution mapping (FIG. 3(A): copper, FIG. 3(B): platinum) and a transmission electron microscope image (FIG. 3(C)) of the protective material-coated electrode catalyst obtained in Example 2. FIG. Pt/C(比較例3)、Naf/Pt/C(比較例4)、及びNaf/(Cu除去)/Pt/C(実施例2)の比活性(SA)の対数と電位との関係を示す図である。The relationship between the logarithm of the specific activity (SA) and the potential of Pt / C (Comparative Example 3), Naf / Pt / C (Comparative Example 4), and Naf / (Cu removal) / Pt / C (Example 2) FIG. 10 shows. Naf/Pt/C(比較例4)、及びNaf/(Cu除去)/Pt/C(実施例2)の0.9Vにおける酸素還元活性維持率である。It is the oxygen reduction activity retention rate at 0.9 V of Naf/Pt/C (Comparative Example 4) and Naf/(Cu removal)/Pt/C (Example 2). 0.9Vにおける酸素還元活性維持率のI/C依存性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the I/C dependence of the oxygen reduction activity retention rate at 0.9V. 0.9Vにおける酸素還元活性維持率のアイオノマ被覆厚依存性を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the ionomer coating thickness dependence of the oxygen reduction activity retention rate at 0.9V.

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. アイオノマコート触媒の製造方法]
本発明に係るアイオノマコート触媒の製造方法は、
担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒を準備する第1工程と、
前記触媒粒子の表面を保護材でコートし、保護材被覆電極触媒を得る第2工程と、
前記保護材被覆電極触媒の表面をアイオノマでさらにコートし、前駆体を得る第3工程と、
前記前駆体から前記保護材を抽出する第4工程と
を備えている。
An embodiment of the present invention will be described in detail below.
[1. Method for producing ionomer-coated catalyst]
The method for producing an ionomer-coated catalyst according to the present invention comprises:
A first step of preparing an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on a carrier surface;
a second step of coating the surface of the catalyst particles with a protective material to obtain a protective material-coated electrode catalyst;
a third step of further coating the surface of the protective material-coated electrode catalyst with an ionomer to obtain a precursor;
and a fourth step of extracting the protective material from the precursor.

[1.1. 第1工程]
まず、担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒を準備する(第1工程)。
[1.1. First step]
First, an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on a carrier surface is prepared (first step).

[1.1.1. 担体]
担体は、触媒粒子を担持するためのものである。本発明において、担体は、触媒粒子を担持することができ、かつ、電極反応に必要な電子を触媒粒子に供給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。
担体は、
(a)その内部に触媒粒子を担持することが可能な細孔を持つ多孔質担体、又は、
(b)このような細孔を持たない中実担体
のいずれであっても良い。
[1.1.1. carrier]
The carrier is for supporting the catalyst particles. In the present invention, the carrier is not particularly limited as long as it can support the catalyst particles and supply the electrons necessary for the electrode reaction to the catalyst particles.
The carrier is
(a) a porous carrier having pores capable of supporting catalyst particles therein, or
(b) any solid support that does not have such pores;

担体として多孔質担体を用いた場合、細孔内に担持された触媒粒子は、アイオノマにより被毒されにくくなる。しかし、細孔を持つ多孔質担体は、一般に高価である。一方、中実担体は、多孔質担体に比べて安価である。しかし、担体として中実担体を用いた場合、一般に、触媒粒子がアイオノマにより被毒されやすい。
これに対し、中実担体に対して本発明を適用すると、従来の方法を用いて多孔質担体に触媒粒子を担持させた場合と同等以上の性能を持つ電極触媒が得られる。
When a porous carrier is used as the carrier, the catalyst particles carried in the pores are less likely to be poisoned by the ionomer. However, porous carriers with pores are generally expensive. On the other hand, solid carriers are less expensive than porous carriers. However, when a solid carrier is used as the carrier, the catalyst particles are generally susceptible to ionomer poisoning.
On the other hand, when the present invention is applied to a solid carrier, an electrode catalyst having performance equal to or higher than that obtained by supporting catalyst particles on a porous carrier using a conventional method can be obtained.

多孔質担体としては、例えば、エスカーボン(登録商標)などのメソポーラスカーボン、ナノデンドライト(MCND)、クノーベル(登録商標)などがある。
中実担体としては、例えば、デンカブラック(登録商標)などのアセチレンブラック、Vulcan(登録商標)、VGCF(登録商標)、カーボンナノチューブなどがある。
担体の平均粒径は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な平均粒径を選択することができる。また、担体の材質はカーボンに限定されるものではなく、導電性の金属酸化物(TiOx、SnO2)も用いることができる。
Porous carriers include, for example, mesoporous carbon such as Escarbon (registered trademark), nanodendrite (MCND), and Knobel (registered trademark).
Examples of solid carriers include acetylene blacks such as Denka Black (registered trademark), Vulcan (registered trademark), VGCF (registered trademark), and carbon nanotubes.
The average particle size of the carrier is not particularly limited, and an optimum average particle size can be selected depending on the purpose. Further, the material of the carrier is not limited to carbon, and conductive metal oxides (TiO x , SnO 2 ) can also be used.

[1.1.2. 触媒粒子]
触媒粒子の材料は、酸素還元反応活性又は水素酸化反応活性を示す材料である限りにおいて、特に限定されない。
触媒粒子の材料としては、例えば、
(a)貴金属(Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ir、Ru、Os)、
(b)2種以上の貴金属元素を含む合金、
(c)1種又は2種以上の貴金属元素と、1種又は2種以上の卑金属元素(例えば、Fe、Co、Ni、Cr、V、Tiなど)とを含む合金、
(d)金属酸窒化物、
(e)カーボンアロイ
などがある。
[1.1.2. catalyst particles]
The material of the catalyst particles is not particularly limited as long as it is a material exhibiting oxygen reduction reaction activity or hydrogen oxidation reaction activity.
Materials for the catalyst particles include, for example,
(a) noble metals (Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ir, Ru, Os),
(b) an alloy containing two or more precious metal elements;
(c) alloys containing one or more noble metal elements and one or more base metal elements (e.g., Fe, Co, Ni, Cr, V, Ti, etc.);
(d) a metal oxynitride;
(e) Carbon alloys and the like.

[1.1.3. 電極触媒の調製]
電極触媒は、市販のものをそのまま用いても良く、あるいは、担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒を作製しても良い。電極触媒の作製は、通常、
(a)触媒粒子前駆体を溶解させた溶液に担体を分散させ、溶媒中で触媒粒子前駆体を担体表面に吸着させること、あるいは、分散液から溶媒を揮発させることにより、担体表面に触媒粒子前駆体が担持された電極触媒前駆体を形成し、
(b)触媒粒子前駆体を還元処理する
ことにより行われる。
[1.1.3. Preparation of electrode catalyst]
A commercially available electrode catalyst may be used as it is, or an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on the surface of a carrier may be prepared. Electrocatalyst preparation is usually
(a) dispersing the carrier in a solution in which the catalyst particle precursor is dissolved, and adsorbing the catalyst particle precursor onto the surface of the carrier in the solvent; forming a precursor-supported electrocatalyst precursor,
(b) It is carried out by reducing the catalyst particle precursor.

[1.2. 第2工程]
次に、触媒粒子の表面を保護材でコートする。(第2工程)。これにより、少なくとも触媒粒子の表面が保護材でコートされた電極触媒(以下、これを「保護材被覆電極触媒」ともいう)が得られる。
[1.2. Second step]
Next, the surfaces of the catalyst particles are coated with a protective material. (Second step). As a result, an electrode catalyst in which at least the surfaces of the catalyst particles are coated with the protective material (hereinafter also referred to as "protective material-coated electrode catalyst") is obtained.

[1.2.1. 保護材]
「保護材」とは、触媒粒子とアイオノマとの間に適度な大きさの空間(アイオノマによる触媒被毒を低減することができ、かつ、低湿度環境下においてもアイオノマから触媒粒子にプロトンを供給することが可能な程度の大きさの空間)を形成するために、触媒粒子の表面を一時的に被覆するためのものをいう。保護材は、触媒粒子の表面に加えて、担体の表面を被覆するものでも良い。
[1.2.1. Protective layer]
The “protective material” is a space of an appropriate size between the catalyst particles and the ionomer (which can reduce catalyst poisoning by the ionomer and supply protons from the ionomer to the catalyst particles even in a low-humidity environment). It is used to temporarily cover the surface of the catalyst particles in order to form a space of a size that can be The protective material may cover the surface of the carrier in addition to the surface of the catalyst particles.

そのためには、保護材は、
(a)少なくとも触媒粒子の表面を被覆することが可能であり、かつ、
(b)保護材で被覆された触媒粒子を含む電極触媒の表面をさらにアイオノマで被覆した後、保護材のみを選択的に抽出することが可能なもの
である必要がある。
保護材は、このような機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。
To that end, the protective material
(a) capable of coating at least the surface of the catalyst particles, and
(b) It must be possible to selectively extract only the protective material after the surface of the electrode catalyst containing the catalyst particles coated with the protective material is further coated with an ionomer.
The protective material is not particularly limited as long as it has such a function.

保護材としては、例えば、
(a)触媒粒子に含まれる主要な金属元素の内、最も貴な金属元素よりも卑な金属、
(b)炭素数が5以上である炭化水素鎖に、ホスホン酸基(-PO3 2-)、スルホン酸基(-SO3 -)、スルファミル基(-SH)、カルボン酸基(-COO-)、アンモニウム基(-NR3 +)、ピリジニウム基(-N+55)、及び、イミダゾリウム基(-N22 +32)(但し、Rは、アルキル基又はH)からなる群から選ばれるいずれか1以上の官能基が結合している有機化合物、
(c)アイオノマが溶解しない溶媒に可溶なポリマ、又は、
(d)触媒粒子及びアイオノマが溶解しない酸又はアルカリで溶解可能な無機化合物
などがある。
As a protective material, for example,
(a) of the main metal elements contained in the catalyst particles, a metal that is less noble than the most noble metal element,
(b) a phosphonic acid group (--PO 3 2- ), a sulfonic acid group (--SO 3 - ), a sulfamyl group (--SH), a carboxylic acid group (--COO - ), an ammonium group (--NR 3 + ), a pyridinium group (--N + C 5 H 5 ), and an imidazolium group (--N 2 R 2 + C 3 R 2 ) (where R is an alkyl group or H ) an organic compound to which one or more functional groups are bonded,
(c) a polymer soluble in a solvent in which the ionomer is not soluble, or
(d) There are acid- or alkali-soluble inorganic compounds in which catalyst particles and ionomers are insoluble.

[A. 金属]
保護材の第1の具体例は、触媒粒子に含まれる主要な金属元素の内、最も貴な金属元素よりも卑な金属からなる。
ここで、「主要な金属元素」とは、触媒粒子中の含有量が1mass%以上である金属元素をいう。保護材の選択的な抽出を容易化するためには、保護材は、
(a)主要な金属元素の内、最も貴な金属元素よりも卑であり、かつ、触媒粒子中の含有量が最大である金属元素より卑な金属元素、あるいは、
(b)触媒粒子に含まれるすべての主要な金属元素よりも卑な金属
が好ましい。
[A. metal]
A first specific example of the protective material consists of a metal that is less noble than the most noble metal among the main metal elements contained in the catalyst particles.
Here, the term "major metal element" refers to a metal element whose content in the catalyst particles is 1 mass % or more. To facilitate selective extraction of the protective agent, the protective agent is
(a) a metal element that is more base than the most noble metal element among the main metal elements and is more base than the metal element that has the largest content in the catalyst particles, or
(b) Metals less noble than all major metallic elements contained in the catalyst particles are preferred.

保護材が金属からなる場合、保護材の材料は、触媒粒子の組成に応じて最適なものを選択する。例えば、触媒粒子が白金又は白金合金からなる場合、保護材は、Cu、Ag、Sb、Bi、Pd、Zn、Cr、Fe、Cd、Co、Ni、Sn、又は、Pbが好ましい。保護材は、これらのいずれか1種の金属元素を含む純金属であっても良く、あるいは、2種以上の金属元素含む合金又は混合物であっても良い。 When the protective material is made of metal, the optimum material for the protective material is selected according to the composition of the catalyst particles. For example, when the catalyst particles are made of platinum or a platinum alloy, the protective material is preferably Cu, Ag, Sb, Bi, Pd, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, or Pb. The protective material may be a pure metal containing any one of these metal elements, or may be an alloy or mixture containing two or more metal elements.

[B. 吸着性官能基を有する有機化合物]
保護材の第2の具体例は、吸着性官能基を有する有機化合物からなる。
ここで、「吸着性官能基」とは、触媒粒子の表面に吸着しやすい性質を持つ官能基であって、ホスホン酸基(-PO3 2-)、スルホン酸基(-SO3 -)、スルファミル基(-SH)、カルボン酸基(-COO-)、アンモニウム基(-NR3 +)、ピリジニウム基(-N+55)、又は、イミダゾリウム基(-N22 +32)(但し、Rは、アルキル基又はH)をいう。
「吸着性官能基を有する有機化合物」とは、炭素数が5以上である炭化水素鎖に、1又は2以上の吸着性官能基が結合している有機化合物をいう。
[B. Organic compound having an adsorptive functional group]
A second specific example of the protective material consists of an organic compound having an adsorptive functional group.
Here, the "adsorptive functional group" is a functional group having a property of being easily adsorbed on the surface of catalyst particles, and includes phosphonic acid group (--PO 3 2- ), sulfonic acid group (--SO 3 - ), a sulfamyl group (--SH), a carboxylic acid group (--COO - ), an ammonium group (--NR 3 + ), a pyridinium group (--N + C 5 H 5 ), or an imidazolium group (--N 2 R 2 + C 3 R 2 ) (provided that R is an alkyl group or H).
The term “organic compound having an adsorptive functional group” refers to an organic compound in which one or two or more adsorptive functional groups are bound to a hydrocarbon chain having 5 or more carbon atoms.

吸着性官能基を持つ有機化合物は、微粒子表面への吸着力が強いため、微粒子の分散剤として用いられている。このような分散剤は、触媒粒子表面に一時的に吸着させるための保護材として機能する。
炭化水素鎖の炭素数が少ないと、保護材が抽出された後に残る空間が狭くなる。その結果、アイオノマと触媒粒子との間の距離が過度に短くなり、触媒粒子がアイオノマにより被毒されやすくなる。従って、炭化水素鎖の炭素数は、5以上が好ましい。炭素数は、好ましくは、10以上、さらに好ましくは、20以上である。
An organic compound having an adsorptive functional group is used as a dispersing agent for fine particles because of its strong adsorptive power to the surface of fine particles. Such a dispersant functions as a protective material for temporary adsorption on the surface of the catalyst particles.
The lower the number of carbon atoms in the hydrocarbon chain, the less space is left after the protectant is extracted. As a result, the distance between the ionomer and the catalyst particles becomes excessively short, making the catalyst particles more likely to be poisoned by the ionomer. Therefore, the number of carbon atoms in the hydrocarbon chain is preferably 5 or more. The number of carbon atoms is preferably 10 or more, more preferably 20 or more.

表1~3に、保護材として使用可能な有機化合物(分散剤)の一例を示す(参考文献1より引用)。保護材は、これらのいずれか1種からなるものでも良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。
[参考文献1]J. Jpn. Soc. Colour Mater., 78(3), 141-148(2005)
Tables 1 to 3 show examples of organic compounds (dispersants) that can be used as protective materials (cited from Reference 1). The protective material may consist of any one of these, or may be used in combination of two or more.
[Reference 1] J. Jpn. Soc. Color Mater., 78(3), 141-148(2005)

Figure 0007310759000001
Figure 0007310759000001

Figure 0007310759000002
Figure 0007310759000002

Figure 0007310759000003
Figure 0007310759000003

[C. ポリマ]
保護材の第3の具体例は、アイオノマが溶解しない溶媒に可溶なポリマからなる。
触媒粒子の表面をポリマ及びアイオノマで被覆した後、ポリマのみを溶解させる溶媒に浸漬すると、ポリマを優先的に溶解させることができる。
このようなポリマとしては、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリアクリロニトリル(PAN)などがある。保護材は、これらのいずれか1種からなるものでも良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。
[C. polymer]
A third specific example of the protective material consists of a polymer soluble in a solvent in which the ionomer is not soluble.
When the surfaces of catalyst particles are coated with a polymer and an ionomer and then immersed in a solvent that dissolves only the polymer, the polymer can be preferentially dissolved.
Such polymers include, for example, polybutylene terephthalate (PBT), polyacrylonitrile (PAN), and the like. The protective material may consist of any one of these, or may be used in combination of two or more.

[D. 無機化合物]
保護材の第4の具体例は、触媒粒子及びアイオノマが溶解しない酸又はアルカリで溶解可能な無機化合物からなる。
触媒粒子の表面を無機化合物及びアイオノマで被覆した後、無機化合物のみを溶解させる酸又はアルカリに浸漬すると、無機化合物を優先的に溶解させることができる。
このような無機化合物としては、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタルなどがある。保護材は、これらのいずれか1種からなるものでも良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。
[D. Inorganic compound]
A fourth specific example of the protective material consists of an acid- or alkali-soluble inorganic compound in which the catalyst particles and the ionomer are insoluble.
After coating the surfaces of the catalyst particles with an inorganic compound and an ionomer, the inorganic compounds can be preferentially dissolved by immersing the particles in an acid or alkali that dissolves only the inorganic compounds.
Examples of such inorganic compounds include silica, titanium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide. The protective material may consist of any one of these, or may be used in combination of two or more.

[1.2.2. コート方法]
保護材のコート方法は、保護材の種類に応じて、最適な方法を選択する。
例えば、保護材が金属である場合、コート方法としては、電析(電解めっき)、無電解めっき、蒸着、スパッタなどがある。
[1.2.2. Coat method]
As for the coating method of the protective material, an optimum method is selected according to the type of the protective material.
For example, when the protective material is metal, coating methods include electrodeposition (electroplating), electroless plating, vapor deposition, sputtering, and the like.

保護材が吸着性官能基を備えた有機化合物である場合、コート方法としては、例えば、有機化合物を溶解又は分散させた溶液中に電極触媒を分散させ、溶媒を揮発させる方法がある。
なお、保護材が吸着性官能基を備えた有機化合物である場合、保護材のコート(第2工程)と、アイオノマのコート(第3工程)とを個別に行っても良く、あるいは、同時に行っても良い。保護材とアイオノマの双方を含む溶液中に電極触媒を分散させると、溶液中の平衡反応により、触媒粒子の表面を有機化合物でコートすることができる。
When the protective material is an organic compound having an adsorptive functional group, the coating method includes, for example, dispersing the electrode catalyst in a solution in which the organic compound is dissolved or dispersed, and volatilizing the solvent.
When the protective material is an organic compound having an adsorptive functional group, the coating of the protective material (second step) and the ionomer coating (third step) may be performed separately or simultaneously. can be When the electrode catalyst is dispersed in a solution containing both the protective material and the ionomer, the surface of the catalyst particles can be coated with an organic compound due to equilibrium reactions in the solution.

保護材がポリマである場合、コート方法としては、
(a)ポリマを溶解又は分散させた溶液中に電極触媒を分散させ、溶媒を揮発させる方法、
(b)ポリマが溶解しにくい溶媒に電極触媒を分散させ、ポリマを溶解又は分散させた溶液をその中に投入・分散させてポリマを触媒粒子に吸着させ、ろ過する方法、
などがある。
When the protective material is a polymer, the coating method is as follows.
(a) a method of dispersing an electrode catalyst in a solution in which a polymer is dissolved or dispersed and volatilizing the solvent;
(b) A method of dispersing the electrode catalyst in a solvent in which the polymer is difficult to dissolve, pouring and dispersing the solution in which the polymer is dissolved or dispersed therein so that the polymer is adsorbed on the catalyst particles, and filtering;
and so on.

さらに、保護材が無機材料である場合、コート方法としては、
(a)テトラアルコキシシランなどの金属アルコキシドを含む溶液に電極触媒を加えて混合し、金属アルコキシドを加水分解する方法、
(b)スパッタ法、
などがある。
Furthermore, when the protective material is an inorganic material, as a coating method,
(a) a method of adding and mixing an electrode catalyst to a solution containing a metal alkoxide such as tetraalkoxysilane to hydrolyze the metal alkoxide;
(b) a sputtering method;
and so on.

[1.2.3. 保護材の厚さ]
触媒粒子の表面を保護材でコートする場合において、保護材の厚さは、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な厚さを選択する。一般に、保護材の厚さが薄くなりすぎると、保護材を抽出した後において、アイオノマが触媒粒子に過度に近接し、触媒粒子がアイオノマにより被毒されやすくなる。従って、保護材の厚さは、1nm以上が好ましい。厚さは、好ましくは、3nm以上、さらに好ましくは、5nm以上である。
[1.2.3. Thickness of protective material]
When the surface of the catalyst particles is coated with the protective material, the thickness of the protective material is not particularly limited, and an optimum thickness is selected according to the purpose. In general, if the thickness of the protective material is too thin, the ionomer will come too close to the catalyst particles after the protective material is extracted, and the catalyst particles will be easily poisoned by the ionomer. Therefore, the thickness of the protective material is preferably 1 nm or more. The thickness is preferably 3 nm or more, more preferably 5 nm or more.

一方、保護材の厚さが厚くなりすぎると、アイオノマから触媒へプロトンが供給されにくくなる。従って、保護材の厚さは、20nm以下が好ましい。厚さは、好ましくは、10nm以下、さらに好ましくは、8nm以下である。 On the other hand, if the protective material is too thick, it becomes difficult for protons to be supplied from the ionomer to the catalyst. Therefore, the thickness of the protective material is preferably 20 nm or less. The thickness is preferably 10 nm or less, more preferably 8 nm or less.

[1.3. 第3工程]
次に、触媒粒子の表面が保護材でコートされた電極触媒の表面を、アイオノマでさらにコートする(第3工程)。これにより、保護材及びアイオノマでコートされた触媒粒子を含む電極触媒(以下、これを「前駆体」ともいう)が得られる。
[1.3. Third step]
Next, the surface of the electrode catalyst, in which the surfaces of the catalyst particles are coated with the protective material, is further coated with an ionomer (third step). As a result, an electrode catalyst (hereinafter also referred to as "precursor") containing catalyst particles coated with a protective material and ionomer is obtained.

[1.3.1. アイオノマ]
アイオノマは、触媒粒子表面にプロトンを供給するためのものである。アイオノマは、保護材で被覆された触媒粒子の表面のみを被覆するものでも良く、あるいは、これに加えて担体の表面を被覆するものでも良い。
アイオノマは、このような機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。アイオノマとしては、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマ、高酸素透過アイオノマなどがある。アイオノマは、これらのいずれか1種からなるものでも良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。
[1.3.1. Ionoma]
The ionomer is for supplying protons to the catalyst particle surface. The ionomer may coat only the surface of the catalyst particles coated with the protective material, or may additionally coat the surface of the carrier.
The ionomer is not particularly limited as long as it exhibits such functions. Ionomers include, for example, perfluorocarbon sulfonic acid polymers and highly oxygen-permeable ionomers. The ionomer may consist of any one of these, or may be used in combination of two or more.

「パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマ」とは、フッ化スルホニルビニルエーテルモノマに基づく繰り返し単位を含む含フッ素イオン交換樹脂をいう。パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマとしては、例えば、ナフィオン(登録商標)、フレミオン(登録商標)、アクイヴィオン(登録商標)、アシプレックス(登録商標)などがある。 A "perfluorocarbon sulfonic acid polymer" refers to a fluorine-containing ion exchange resin containing repeating units based on a sulfonyl fluoride vinyl ether monomer. Examples of perfluorocarbon sulfonic acid polymers include Nafion (registered trademark), Flemion (registered trademark), Aquivion (registered trademark), and Aciplex (registered trademark).

「高酸素透過アイオノマ」とは、その分子構造内に酸基及び環状構造を含む高分子化合物をいう。高酸素透過アイオノマは、その分子構造内に環状構造を含むために、酸素透過係数が高い。そのため、これをアイオノマとして用いた時に、触媒との界面における酸素移動抵抗が相対的に小さくなる。
換言すれば、「高酸素透過アイオノマ」とは、酸素透過係数がナフィオン(登録商標)に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸ポリマよりも高いアイオノマをいう。
A "highly oxygen permeable ionomer" refers to a polymer compound containing an acid group and a cyclic structure in its molecular structure. A high oxygen permeability ionomer has a high oxygen permeability coefficient because it contains a ring structure in its molecular structure. Therefore, when this is used as an ionomer, the oxygen migration resistance at the interface with the catalyst becomes relatively small.
In other words, "high oxygen permeability ionomer" refers to an ionomer having a higher oxygen permeability coefficient than perfluorocarbon sulfonic acid polymers represented by Nafion (registered trademark).

一般に、燃料電池の性能は、触媒表面への酸素の拡散が律速となる。これに対し、電極触媒の表面を高酸素透過アイオノマで被覆すると、触媒層の酸素透過性が向上し、燃料電池の性能が向上する。
高酸素透過アイオノマの分子構造は、相対的に小さい酸素移動抵抗を示す限りにおいて、特に限定されない。特に、その分子構造内に環状構造(脂肪族環構造)を含むアイオノマは、環状構造を含まないアイオノマに比べて酸素移動抵抗が小さいので、電極触媒の表面を被覆するアイオノマとして好適である。
In general, fuel cell performance is rate-determined by the diffusion of oxygen to the catalyst surface. On the other hand, when the surface of the electrode catalyst is coated with a highly oxygen-permeable ionomer, the oxygen permeability of the catalyst layer is improved, and the performance of the fuel cell is improved.
The molecular structure of the highly oxygen-permeable ionomer is not particularly limited as long as it exhibits relatively low resistance to oxygen transfer. In particular, an ionomer containing a cyclic structure (aliphatic ring structure) in its molecular structure has lower oxygen transfer resistance than an ionomer not containing a cyclic structure, and is therefore suitable as an ionomer for coating the surface of the electrode catalyst.

高酸素透過アイオノマとしては、例えば、
(a)脂肪族環構造を有するパーフルオロカーボンユニットと、パーフルオロスルホン酸を側鎖に持つ酸基ユニットとを含む電解質ポリマー、
(b)脂肪族環構造を有するパーフルオロカーボンユニットと、パーフルオロイミドを側鎖に持つ酸基ユニットとを含む電解質ポリマー、
(c)脂肪族環構造を有するパーフルオロカーボンに直接、パーフルオロスルホン酸が結合したユニットを含む電解質ポリマー、
などがある(参考文献2~5参照)。
[参考文献2]特開2003-036856号公報
[参考文献3]国際公開第2012/088166号
[参考文献4]特開2013-216811号公報
[参考文献5]特開2006-152249号公報
Examples of highly oxygen permeable ionomers include:
(a) an electrolyte polymer containing a perfluorocarbon unit having an alicyclic structure and an acid group unit having perfluorosulfonic acid as a side chain;
(b) an electrolyte polymer containing a perfluorocarbon unit having an alicyclic structure and an acid group unit having perfluoroimide as a side chain;
(c) an electrolyte polymer containing a unit in which a perfluorosulfonic acid is directly bound to a perfluorocarbon having an alicyclic structure;
etc. (see References 2-5).
[Reference 2] JP 2003-036856 [Reference 3] International Publication No. 2012/088166 [Reference 4] JP 2013-216811 [Reference 5] JP 2006-152249

[1.3.2. コート方法]
アイオノマのコートは、アイオノマを溶解又は分散させた溶液中に電極触媒を分散させ、溶媒を揮発させることにより行うことができる。
アイオノマを溶解又は分散させるための溶媒は、保護材を溶解させることなく、アイオノマのみを溶解又は分散させ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。保護材の溶解を防ぐために、必要に応じて、雰囲気(例えば、窒素雰囲気)や、溶液のpHを調整するのが好ましい。
[1.3.2. Coat method]
The ionomer can be coated by dispersing the electrode catalyst in a solution in which the ionomer is dissolved or dispersed, and volatilizing the solvent.
The solvent for dissolving or dispersing the ionomer is not particularly limited as long as it can dissolve or disperse only the ionomer without dissolving the protective material. In order to prevent dissolution of the protective material, it is preferable to adjust the atmosphere (for example, nitrogen atmosphere) and the pH of the solution as necessary.

[1.3.3. アイオノマ/担体比]
電極触媒の表面をアイオノマでコートする場合において、アイオノマ/担体比(質量比)は、アイオノマコート触媒の性能に影響を与える。アイオノマ/担体比が小さくなりすぎると、酸素還元反応に必要なプロトンが供給されにくくなる。従って、アイオノマ/担体比は、0.1以上が好ましい。アイオノマ/担体比は、好ましくは、0.2以上、さらに好ましくは、0.4以上である。
[1.3.3. ionomer/carrier ratio]
When the surface of the electrode catalyst is coated with an ionomer, the ionomer/support ratio (mass ratio) affects the performance of the ionomer-coated catalyst. If the ionomer/support ratio becomes too small, it becomes difficult to supply the protons necessary for the oxygen reduction reaction. Therefore, the ionomer/carrier ratio is preferably 0.1 or more. The ionomer/carrier ratio is preferably 0.2 or higher, more preferably 0.4 or higher.

一方、アイオノマ/担体比が大きくなりすぎると、アイオノマによって触媒層中の空隙率が減少し、ガスの拡散性が阻害される。従って、アイオノマ/担体比は、1.5以下が好ましい。アイオノマ/担体比は、好ましくは、1.2以下、さらに好ましくは、1.0以下である。 On the other hand, if the ionomer/support ratio is too large, the ionomer will reduce the porosity in the catalyst layer, impeding gas diffusion. Therefore, the ionomer/carrier ratio is preferably 1.5 or less. The ionomer/carrier ratio is preferably 1.2 or less, more preferably 1.0 or less.

[1.3.4. アイオノマ被覆厚]
「アイオノマ被覆厚」とは、アイオノマコート触媒に含まれるアイオノマの乾燥状態の体積を、電極触媒の表面積で除した値をいう。
「電極触媒の表面積」とは、酸素還元活性を有する触媒粒子の表面積と担体の表面積の和であって、BET法で測定した値をいう。
[1.3.4. Ionomer coating thickness]
"Ionomer coating thickness" refers to a value obtained by dividing the volume of the dry ionomer contained in the ionomer-coated catalyst by the surface area of the electrode catalyst.
"Surface area of the electrode catalyst" is the sum of the surface area of the catalyst particles having oxygen reduction activity and the surface area of the support, and is the value measured by the BET method.

アイオノマ被覆厚は、電極触媒の比表面積(特に、担体の比表面積)による影響を強く受ける。すなわち、同じアイオノマ量であっても、高比表面積の電極触媒を用いた場合のアイオノマ被覆厚は、低比表面積の触媒を用いた場合のそれよりも薄くなる。一般に、アイオノマ被覆厚が薄くなるほど、保護材を除去した後に、アイオノマが白金などの活性種に吸着する確率が低くなる。そのため、第3工程は、アイオノマ被覆厚が所定の値となるように、保護材被覆電極触媒の表面をアイオノマでさらにコートするものが好ましい。 The ionomer coating thickness is strongly influenced by the specific surface area of the electrode catalyst (in particular, the specific surface area of the carrier). That is, even if the amount of ionomer is the same, the ionomer coating thickness is thinner when using an electrode catalyst with a high specific surface area than when using a catalyst with a low specific surface area. In general, the thinner the ionomer coating thickness, the lower the probability that the ionomer will adsorb to active species such as platinum after the protective material is removed. Therefore, in the third step, it is preferable to further coat the surface of the protective material-coated electrode catalyst with the ionomer so that the ionomer coating thickness becomes a predetermined value.

アイオノマ被毒による酸素還元活性の低下を抑制するためには、アイオノマ被覆厚は、2.5nm以下が好ましい。アイオノマ被覆厚は、好ましくは、2.3nm以下、さらに好ましくは、2.0nm以下である。
一方、アイオノマ被覆厚が薄くなりすぎると、酸素還元反応に必要なプロトンが供給されにくくなる。従って、アイオノマ被覆厚は、0.2nm以上が好ましい。アイオノマ被覆厚は、さらに好ましくは、0.8nm以上である。
In order to suppress the decrease in oxygen reduction activity due to ionomer poisoning, the ionomer coating thickness is preferably 2.5 nm or less. The ionomer coating thickness is preferably 2.3 nm or less, more preferably 2.0 nm or less.
On the other hand, if the ionomer coating thickness is too thin, it becomes difficult to supply the protons necessary for the oxygen reduction reaction. Therefore, the ionomer coating thickness is preferably 0.2 nm or more. The ionomer coating thickness is more preferably 0.8 nm or more.

[1.4. 第4工程]
次に、前駆体から保護材を抽出する(第4工程)。これにより、本発明に係るアイオノマコート触媒が得られる。
[1.4. Fourth step]
Next, the protective material is extracted from the precursor (fourth step). As a result, the ionomer-coated catalyst according to the present invention is obtained.

保護材の抽出方法は、保護材の種類に応じて最適な方法を選択する。
例えば、保護材が金属からなる場合、保護材の抽出は、触媒粒子の表面を保護材及びアイオノマで被覆した後、保護材を溶解可能な溶液(例えば、希硝酸水溶液)に前駆体を浸漬することにより行う。この時、保護材が触媒粒子に比べて卑な金属である時には、保護材を優先的に溶解させることができる。
An optimum method for extracting the protective material is selected according to the type of the protective material.
For example, when the protective material is made of metal, the protective material is extracted by coating the surface of the catalyst particles with the protective material and ionomer, and then immersing the precursor in a solution capable of dissolving the protective material (e.g., diluted nitric acid aqueous solution). by At this time, when the protective material is a base metal compared to the catalyst particles, the protective material can be preferentially dissolved.

保護材が有機化合物からなる場合、保護材の抽出方法としては、
(a)前駆体を熱水に浸漬する方法、
(b)前駆体を用いて燃料電池にした後に、高電位に制御することにより保護材を酸化分解させる方法、
(c)前駆体を用いて燃料電池にした後、発電による生成水により保護材を洗い流す方法、
などがある。
When the protective material consists of an organic compound, the method for extracting the protective material is as follows.
(a) a method of immersing the precursor in hot water;
(b) a method of oxidatively decomposing the protective material by controlling the potential to a high level after making a fuel cell using the precursor;
(c) a method of washing away the protective material with water generated by power generation after forming a fuel cell using the precursor;
and so on.

保護材がポリマからなる場合、保護材の抽出は、アイオノマが溶解せず、かつ、ポリマを溶解する溶媒に前駆体を浸漬することにより行う。例えば、保護材がPBTである場合、PBTは、ナフィオン(登録商標)溶液の溶媒である水/アルコールの混合溶媒には溶解しないが、オクトクロロフェノールには溶解する。一方、ナフィオン(登録商標)は、オクトクロロフェノールには溶解しない。そのため、前駆体をオクトクロロフェノールに浸漬すると、PBTのみを選択的に溶解することができる。 When the protective material is made of a polymer, the protective material is extracted by immersing the precursor in a solvent that dissolves the polymer but does not dissolve the ionomer. For example, when the protective material is PBT, PBT does not dissolve in the mixed solvent of water/alcohol, which is the solvent of the Nafion (registered trademark) solution, but dissolves in octochlorophenol. On the other hand, Nafion (registered trademark) does not dissolve in octochlorophenol. Therefore, when the precursor is immersed in octochlorophenol, only PBT can be selectively dissolved.

さらに、保護材が無機化合物からなる場合、保護材の抽出は、アイオノマが溶解せず、かつ、保護材を溶解させることが可能な溶媒に前駆体を浸漬することにより行う。例えば、保護材がシリカである場合、フッ化水素酸、強塩基性水溶液(KOH、NaOHなど)などによりシリカを除去することができる。 Furthermore, when the protective material consists of an inorganic compound, the protective material is extracted by immersing the precursor in a solvent in which the ionomer does not dissolve and the protective material can be dissolved. For example, when the protective material is silica, the silica can be removed with hydrofluoric acid, strongly basic aqueous solution (KOH, NaOH, etc.), or the like.

[2. アイオノマコート触媒]
図1に、本発明に係るアイオノマコート触媒の製造方法の模式図を示す。なお、図1においては、担体が中実カーボン粒子からなり、触媒粒子がPtからなり、保護材がCuからなる例が示されているが、上述したように、担体、触媒粒子、及び保護材の材料は、これらに限定されない。
[2. Ionoma-coated catalyst]
FIG. 1 shows a schematic diagram of the method for producing an ionomer-coated catalyst according to the present invention. FIG. 1 shows an example in which the carrier is made of solid carbon particles, the catalyst particles are made of Pt, and the protective material is made of Cu. materials are not limited to these.

まず、担体の表面に触媒粒子が担持された電極触媒(例えば、白金担持カーボン)を準備する。次いで、触媒粒子の表面を保護材でコートする(図1の左図)。電解めっき法を用いて、白金担持カーボンの表面にCuを析出させる場合、カーボン担体表面にもCuは析出すると考えられる。しかし、カーボン担体表面に析出する速度よりもPt表面に析出する速度の方が速いので、電解めっき条件を最適化すると、主としてPt表面にCuを析出させることができる。 First, an electrode catalyst (for example, platinum-supported carbon) in which catalyst particles are supported on the surface of a carrier is prepared. Next, the surface of the catalyst particles is coated with a protective material (left figure in FIG. 1). When Cu is deposited on the surface of platinum-supported carbon using an electrolytic plating method, it is considered that Cu is also deposited on the surface of the carbon support. However, since the deposition rate on the Pt surface is faster than the deposition rate on the carbon support surface, Cu can be deposited mainly on the Pt surface by optimizing the electrolytic plating conditions.

次に、電極触媒の表面をアイオノマでさらにコートする(図1の中図)。アイオノマは、保護材の表面に加えて、担体の表面を被覆するものでも良い。
さらに、アイオノマコートされた保護材付き電極触媒(すなわち、前駆体)を、Cuのみを溶解可能な溶液(例えば、希硝酸水溶液)に浸漬すると、Cuのみが抽出される(図1の右図)。これにより、本発明に係るアイオノマコート触媒が得られる。
Next, the surface of the electrode catalyst is further coated with an ionomer (middle diagram in FIG. 1). The ionomer may coat the surface of the carrier in addition to the surface of the protective material.
Furthermore, when the ionomer-coated electrode catalyst with a protective material (that is, the precursor) is immersed in a solution capable of dissolving only Cu (for example, a diluted nitric acid aqueous solution), only Cu is extracted (the right figure in FIG. 1). ). As a result, the ionomer-coated catalyst according to the present invention is obtained.

本発明に係るアイオノマコート触媒は、上述のような方法により得られるものであるため、図1に示すように、触媒粒子の周囲にアイオノマが近接して配置されると同時に、触媒粒子とアイオノマとの間には、適度な大きさの空間が形成されていると考えられる。その結果、低湿度環境下でもプロトン供給が可能となり、かつ、アイオノマによる触媒被毒が抑制されると考えられる。 Since the ionomer-coated catalyst according to the present invention is obtained by the method described above, as shown in FIG. It is thought that a space of appropriate size is formed between them. As a result, proton supply becomes possible even in a low-humidity environment, and catalyst poisoning by the ionomer is suppressed.

このような触媒とアイオノマの位置関係は、三次元TEMと元素分析を組み合わせた方法で観察することが考えられる。しかし、アイオノマは電子線によるダメージを受けやすいため、これらの位置関係を定量的に解析することは難しい。すなわち、本願の出願時において、このような空間の有無及びその大きさを直接、観測する手段はない。しかし、本発明に係る方法により得られたアイオノマコート触媒の性能(例えば、後述する酸素還元活性維持率)と、従来の方法を用いて作製された同一組成の触媒のそれとを対比することにより、触媒粒子周辺における適度な大きさの空間の有無を間接的に確認することができる。 Such a positional relationship between the catalyst and the ionomer can be observed by a method combining three-dimensional TEM and elemental analysis. However, since ionomers are easily damaged by electron beams, it is difficult to quantitatively analyze their positional relationship. That is, at the time of filing the present application, there is no means for directly observing the presence or absence of such a space and its size. However, by comparing the performance of the ionomer-coated catalyst obtained by the method of the present invention (for example, the oxygen reduction activity retention rate described later) with that of the catalyst of the same composition produced by the conventional method, , the presence or absence of an appropriately sized space around the catalyst particles can be indirectly confirmed.

具体的には、担体が中実担体からなる場合において、製造条件を最適化すると、次の式(1)及び式(2)の関係を満たすアイオノマコート触媒が得られる。
0.1≦x≦1.5 …(1)
7.5758x2-28.03x+100≦y≦100 …(2)
但し、
xは、前記アイオノマコート触媒のアイオノマ/担体比(質量比)、
yは、前記アイオノマコート触媒の酸素還元活性維持率(%)。
Specifically, when the carrier is a solid carrier, optimizing the production conditions yields an ionomer-coated catalyst that satisfies the following formulas (1) and (2).
0.1≤x≤1.5 (1)
7.5758x 2 -28.03x+100≦y≦100 (2)
however,
x is the ionomer/support ratio (mass ratio) of the ionomer-coated catalyst;
y is the oxygen reduction activity retention rate (%) of the ionomer-coated catalyst.

電極触媒の表面を直接、アイオノマーでコートした場合、アイオノマ/担体比が0~0.5の領域内では酸素還元活性維持率が急激に低下する。また、アイオノマ/担体比が0.5を超える領域内では、酸素還元活性維持率は、ほぼ一定の値を取るか、あるいは、アイオノマ/担体比の増加に伴い、酸素還元活性維持率が漸減する。
これに対し、電極触媒とアイオノマの間に適度な空間を形成すると、アイオノマ/担体比が0~0.5の領域内で酸素還元活性維持率が急激に低下することがなく、100%近い値を維持する。また、アイオノマ/担体比が0.5~2.0の領域内において、酸素還元活性維持率は、アイオノマ/担体比に依存して変化する。具体的には、アイオノマ/担体比が小さくなるほど、酸素還元活性維持率が高くなる。製造条件を最適化すると、アイオノマ/担体比が0.5~1.0の領域において、酸素還元活性維持率が90%以上であるアイオノマコート触媒が得られる。
When the surface of the electrode catalyst is directly coated with an ionomer, the oxygen reduction activity retention rate drops sharply in the ionomer/support ratio range of 0 to 0.5. In addition, in the region where the ionomer/carrier ratio exceeds 0.5, the oxygen reduction activity retention rate takes a substantially constant value, or the oxygen reduction activity retention rate gradually decreases as the ionomer/carrier ratio increases. .
On the other hand, when an appropriate space is formed between the electrode catalyst and the ionomer, the oxygen reduction activity retention rate does not drop sharply in the range of the ionomer/support ratio of 0 to 0.5, and reaches a value close to 100%. to maintain In addition, the oxygen reduction activity retention rate varies depending on the ionomer/carrier ratio within the range of 0.5 to 2.0. Specifically, the smaller the ionomer/carrier ratio, the higher the oxygen reduction activity retention rate. By optimizing the production conditions, an ionomer-coated catalyst having an oxygen reduction activity retention rate of 90% or more can be obtained in the ionomer/support ratio range of 0.5 to 1.0.

また、製造条件を最適化すると、アイオノマ被覆厚が0.2nm以上2.5nm以下であるアイオノマコート触媒が得られる。アイオノマ被覆厚の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。 Further, by optimizing the production conditions, an ionomer-coated catalyst having an ionomer coating thickness of 0.2 nm or more and 2.5 nm or less can be obtained. Since the details of the ionomer coating thickness are as described above, the description is omitted.

[3. 保護材被覆電極触媒の製造方法]
本発明に係る保護材被覆電極触媒の製造方法は、
担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒を準備する第1工程と、
前記触媒粒子の表面を保護材でコートし、保護材被覆電極触媒を得る第2工程と
を備えている。
[3. Method for producing a protective material-coated electrode catalyst]
The method for producing a protective material-coated electrode catalyst according to the present invention comprises:
A first step of preparing an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on a carrier surface;
and a second step of coating the surface of the catalyst particles with a protective material to obtain a protective material-coated electrode catalyst.

[3.1. 第1工程]
まず、担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒を準備する(第1工程)。第1工程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。
[3.1. First step]
First, an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on a carrier surface is prepared (first step). Since the details of the first step are as described above, the description is omitted.

[3.2. 第2工程]
次に、触媒粒子の表面を保護材でコートする(第2工程)。これにより、本発明に係る保護材被覆電極触媒が得られる。第2工程は、保護材の厚さが1nm以上20nm以下となるように、触媒粒子の表面に前記保護材をコートするものが好ましい。第2工程に関するその他の点については上述した通りであるので、説明を省略する。
[3.2. Second step]
Next, the surfaces of the catalyst particles are coated with a protective material (second step). Thereby, the protective material-coated electrode catalyst according to the present invention is obtained. In the second step, the surfaces of the catalyst particles are preferably coated with the protective material so that the protective material has a thickness of 1 nm or more and 20 nm or less. Other points regarding the second step are the same as described above, so description thereof will be omitted.

[4. 保護材被覆電極触媒]
担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒と、
前記触媒粒子の表面を被覆する保護材と
を備えている。
[4. Protective material-coated electrode catalyst]
an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on the surface of a carrier;
and a protective material that coats the surface of the catalyst particles.

[4.1. 担体]
担体は、触媒粒子を担持するためのものである。担体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。
[4.1. carrier]
The carrier is for supporting the catalyst particles. Since the details of the carrier are as described above, the description is omitted.

[4.2. 触媒粒子]
触媒粒子の材料は、酸素還元反応活性又は水素酸化反応活性を示す材料である限りにおいて、特に限定されない。触媒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。
[4.2. catalyst particles]
The material of the catalyst particles is not particularly limited as long as it is a material exhibiting oxygen reduction reaction activity or hydrogen oxidation reaction activity. Since the details of the catalyst particles are as described above, the description is omitted.

[4.3. 保護材]
「保護材」とは、触媒粒子とアイオノマとの間に適度な大きさの空間(アイオノマによる触媒被毒を低減することができ、かつ、低湿度環境下においてもアイオノマから触媒粒子にプロトンを供給することが可能な程度の大きさの空間)を形成するために、触媒粒子の表面を一時的に被覆するためのものをいう。保護材は、触媒粒子の表面に加えて、担体の表面を被覆するものでも良い。
[4.3. Protective layer]
The “protective material” is a space of an appropriate size between the catalyst particles and the ionomer (which can reduce catalyst poisoning by the ionomer and supply protons from the ionomer to the catalyst particles even in a low-humidity environment). It is used to temporarily cover the surface of the catalyst particles in order to form a space of a size that can be The protective material may cover the surface of the carrier in addition to the surface of the catalyst particles.

保護材の厚さは、1nm以上20nm以下が好ましい。また、保護材は、Cu、Niなどの金属が好ましい。
保護材に関するその他の点については上述した通りであるので、説明を省略する。
The thickness of the protective material is preferably 1 nm or more and 20 nm or less. Moreover, the protective material is preferably a metal such as Cu or Ni.
Since other points regarding the protective material are as described above, the description is omitted.

[5. 作用]
担体として多孔質担体を用い、細孔内に触媒粒子を担持させると、アイオノマによる触媒被毒を低減することができる。しかし、多孔質担体は、一般に高価である。また、多孔質担体の内部にはアイオノマが存在しないため、低湿度条件下では、細孔内に担持された触媒粒子にプロトンが供給されにくくなる。そのため、低湿度条件下では、触媒利用率が低下する。
[5. action]
Poisoning of the catalyst by the ionomer can be reduced by using a porous carrier as the carrier and supporting the catalyst particles in the pores. However, porous carriers are generally expensive. In addition, since there is no ionomer inside the porous carrier, protons are less likely to be supplied to the catalyst particles carried in the pores under low humidity conditions. Therefore, catalyst utilization decreases under low humidity conditions.

これに対し、担体表面に触媒粒子を担持し、触媒粒子の表面を保護材でコートし、さらに電極触媒の表面をアイオノマーでコートした後、保護材を抽出すると、担体として中実担体を用いた場合であっても、アイオノマによる触媒被毒が少なく、かつ、低湿条件での触媒利用率が高いアイオノマコート触媒が得られる。
これは、保護材のコート及び抽出を行うことによって、触媒粒子の周囲にアイオノマが近接して配置されると同時に、アイオノマと触媒粒子との間に適度な大きさの空間が形成されるためと考えられる。換言すれば、触媒粒子が被毒しない程度にアイオノマと触媒粒子とが離れており、かつ、低湿度環境下でもプロトン供給が可能となる程度にアイオノマと触媒粒子とが近接しているためと考えられる。
In contrast, when catalyst particles were supported on the carrier surface, the surface of the catalyst particles was coated with a protective material, and the surface of the electrode catalyst was further coated with an ionomer, the protective material was extracted, and a solid carrier was used as the carrier. Even in this case, it is possible to obtain an ionomer-coated catalyst that is less poisoned by the ionomer and has a high catalyst utilization rate under low-humidity conditions.
This is because the ionomer is arranged close to the catalyst particles by coating and extracting the protective material, and at the same time, a space of an appropriate size is formed between the ionomer and the catalyst particles. Conceivable. In other words, it is believed that the ionomer and the catalyst particles are separated enough to prevent the catalyst particles from being poisoned, and are close enough to allow the supply of protons even in a low-humidity environment. be done.

(実施例1、比較例1~2)
[1. 試料の作製]
[1.1. 基準電極]
電極触媒には、29mass%Pt/C(田中貴金属工業(株)製、TEC10V30E、カーボン種:Vulcan(登録商標)XC-72)を用いた。電極触媒:16.4mgと、水:1gと、1-プロパノール:7.23gとを混合し、超音波ホモジナイザーを用いて分散させた。研磨した5.5mmφのグラッシーカーボン(GC)ロッド上に、上記分散液を5μL滴下し、80℃で乾燥させ、薄い触媒層を形成した。以下、Pt/Cのみからなる触媒を「基準触媒」ともいい、基準触媒のみを担持したGCロッドを「基準電極」ともいう。
(Example 1, Comparative Examples 1 and 2)
[1. Preparation of sample]
[1.1. Reference electrode]
29 mass% Pt/C (TEC10V30E manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., carbon type: Vulcan (registered trademark) XC-72) was used as the electrode catalyst. Electrocatalyst: 16.4 mg, water: 1 g, and 1-propanol: 7.23 g were mixed and dispersed using an ultrasonic homogenizer. 5 μL of the above dispersion was dropped on a polished glassy carbon (GC) rod of 5.5 mmφ and dried at 80° C. to form a thin catalyst layer. Hereinafter, the catalyst consisting only of Pt/C will also be referred to as "reference catalyst", and the GC rod supporting only the reference catalyst will also be referred to as "reference electrode".

[1.2. 実施例1]
3極式のセルにめっき液を入れ、基準電極をめっき液に浸漬した。めっき液には、0.01mol/Lの硫酸銅を含む0.1mol/L硫酸水溶液を用いた。次いで、基準電極を陰極として、不活性雰囲気下において0.3V vs. RHEで5分間保持し、Pt表面にCuを析出させ、Cuコート電極を得た。Cuコート電極を硫酸水溶液から引き上げた後、すぐに超純水ですすぎ、自然乾燥させた。
[1.2. Example 1]
A plating solution was placed in a three-electrode cell, and a reference electrode was immersed in the plating solution. A 0.1 mol/L sulfuric acid aqueous solution containing 0.01 mol/L copper sulfate was used as the plating solution. Next, using the reference electrode as a cathode, the sample was held at 0.3 V vs. RHE for 5 minutes in an inert atmosphere to deposit Cu on the Pt surface to obtain a Cu-coated electrode. After pulling up the Cu-coated electrode from the sulfuric acid aqueous solution, it was immediately rinsed with ultrapure water and air-dried.

次に、Cuコート電極の表面に0.15mass%のナフィオン(登録商標)溶液(I/C=1.0相当)を滴下し、80℃で乾燥させ、Cu・アイオノマコート電極を得た。
さらに、3極式のセルに電解液を入れ、Cu・アイオノマコート電極を電解液に浸漬した。電解液には、0.1mol/Lの過塩素酸を用いた。次いで、Cu・アイオノマコート電極を作用極として、0.3Vから1.0V(vs. RHE)まで電位掃引し、Cuのみを溶出させ、アイオノマコート触媒を得た。
Next, a 0.15 mass% Nafion (registered trademark) solution (corresponding to I/C = 1.0) was dropped on the surface of the Cu-coated electrode and dried at 80°C to obtain a Cu-ionomer-coated electrode.
Further, an electrolytic solution was put into the three-electrode cell, and the Cu/ionomer coated electrode was immersed in the electrolytic solution. 0.1 mol/L perchloric acid was used as the electrolyte. Next, the potential was swept from 0.3 V to 1.0 V (vs. RHE) using a Cu/ionomer-coated electrode as a working electrode to elute only Cu to obtain an ionomer-coated catalyst.

[1.3. 比較例1]
基準電極の表面に、直接、0.15mass%のナフィオン(登録商標)溶液(I/C=1.0相当)を滴下し、80℃で乾燥させた。
[1.3. Comparative Example 1]
A 0.15 mass% Nafion (registered trademark) solution (corresponding to I/C = 1.0) was dropped directly on the surface of the reference electrode and dried at 80°C.

[1.4. 比較例2]
電極触媒には、29mass%Pt/C(田中貴金属工業(株)製、TEC10V30E、カーボン種:Vulcan(登録商標)XC-72)を用いた。アイオノマ溶液には、ナフィオン(登録商標)溶液(D2020)を用いた。
電極触媒:16.4mgと、水:0.98gと、1-プロパノール:7.23gと、アイオノマ溶液:50mgとを混合し、超音波ホモジナイザーを用いて分散させた。研磨した5.5mmφのグラッシーカーボンロッド上に、上記分散液を5μL滴下し、80℃で乾燥させ、薄い触媒層を形成した。
[1.4. Comparative Example 2]
29 mass% Pt/C (TEC10V30E manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., carbon type: Vulcan (registered trademark) XC-72) was used as the electrode catalyst. Nafion (registered trademark) solution (D2020) was used as the ionomer solution.
Electrocatalyst: 16.4 mg, water: 0.98 g, 1-propanol: 7.23 g, and ionomer solution: 50 mg were mixed and dispersed using an ultrasonic homogenizer. 5 μL of the above dispersion was dropped on a ground glassy carbon rod of 5.5 mmφ and dried at 80° C. to form a thin catalyst layer.

[2. 試験方法]
[2.1. ECSA]
0.1mol/Lの過塩素酸水溶液中において、不活性雰囲気下でボルタモグラムを測定した。水素吸脱着波から白金の電気化学的有効表面積(ECSA)を算出した。
[2. Test method]
[2.1. ECSA]
A voltammogram was measured in an inert atmosphere in a 0.1 mol/L perchloric acid aqueous solution. The electrochemical effective surface area (ECSA) of platinum was calculated from the hydrogen adsorption/desorption waves.

[2.2. 酸素還元活性維持率]
回転電極法(400rpm)を用いて、酸素(1atm)雰囲気下、30℃、0.9V(vs. RHE)での酸素還元電流を測定した。電解液には、0.1mol/Lの過塩素酸水溶液を用いた。0.9Vでの酸素還元電流をECSAで規格化することにより、酸素還元活性@0.9V(vs. RHE)(すなわち、酸素還元反応の比活性(SA))を算出した。
[2.2. Oxygen reduction activity retention rate]
Using a rotating electrode method (400 rpm), an oxygen reduction current was measured at 30° C. and 0.9 V (vs. RHE) in an oxygen (1 atm) atmosphere. A 0.1 mol/L perchloric acid aqueous solution was used as the electrolytic solution. The oxygen reduction activity @ 0.9 V (vs. RHE) (ie, the specific activity (SA) of the oxygen reduction reaction) was calculated by normalizing the oxygen reduction current at 0.9 V with ECSA.

さらに、得られた酸素還元活性@0.9V(vs. RHE)を用いて、次の式(3)により酸素還元活性維持率を算出した。
酸素還元活性維持率(%)=ORRx×100/ORR0 …(3)
但し、
ORRxは、アイオノマコート触媒の酸素還元活性@0.9V vs. RHE、
ORR0は、基準触媒(アイオノマでコートされていない以外はアイオノマコート触媒と同一組成を有する触媒)の酸素還元活性@0.9V vs. RHE。
Furthermore, using the obtained oxygen reduction activity @ 0.9 V (vs. RHE), the oxygen reduction activity retention rate was calculated according to the following formula (3).
Oxygen reduction activity retention rate (%)=ORR x ×100/ORR 0 (3)
however,
ORR x is the oxygen reduction activity of the ionomacoated catalyst @ 0.9 V vs. RHE;
ORR 0 is the oxygen reduction activity @ 0.9 V vs. RHE of the reference catalyst (a catalyst having the same composition as the ionomer-coated catalyst but not coated with ionomer).

[3. 結果]
図2に、実施例1及び比較例1~2で得られたアイオノマコート触媒の酸素還元活性維持率を示す。図2より、実施例1は、比較例1、2に比べて、酸素還元活性維持率が高いことがわかる。これは、Pt表面へのCuの析出、アイオノマによる被覆、及びCuの抽出という工程を経ているために、Ptとアイオノマとの間に、適度な空間が形成されたためと考えられる。
[3. result]
FIG. 2 shows the oxygen reduction activity retention rate of the ionomer-coated catalysts obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. As shown in FIG. 2 that Example 1 has a higher oxygen reduction activity retention rate than Comparative Examples 1 and 2. FIG. It is believed that this is because a suitable space was formed between the Pt and the ionomer due to the steps of deposition of Cu on the Pt surface, coating with the ionomer, and extraction of Cu.

(実施例2、比較例3~4)
[1. 試料の作製]
[1.1. 実施例2]
[1.1.1. 保護材被覆電極触媒の作製]
1Lビーカーに超純水:480gを量り取り、これに
(a)銅の供給源として硫酸銅五水和物を3.59g、
(b)錯化剤としてロッセル塩(酒石酸カリウムナトリウム4水和物;KOOCCH(OH)CH(OH)COONa・4H2O)を7.66g、及び
(c)還元剤として37%ホルムアルデヒド水溶液を13.0g
を加えて混合し、溶液を得た。
(Example 2, Comparative Examples 3-4)
[1. Preparation of sample]
[1.1. Example 2]
[1.1.1. Preparation of protective material-coated electrode catalyst]
480 g of ultrapure water is weighed into a 1 L beaker, and (a) 3.59 g of copper sulfate pentahydrate as a copper source,
(b) 7.66 g of Rossel salt (potassium sodium tartrate tetrahydrate; KOOCCH(OH)CH(OH)COONa.4H 2 O) as a complexing agent; and (c) 13% aqueous formaldehyde solution as a reducing agent. .0g
was added and mixed to obtain a solution.

この溶液にPt/C(田中貴金属工業(株)製、TEC10V30E、カーボン種:Valcan(登録商標)XC-72)を1g投入し、懸濁させた。さらにこの懸濁液をマグネチックスターラーで攪拌しながら、水酸化ナトリウム:7.85gを徐々に添加した。それぞれの試薬の投入量から求まる濃度は、CuSO4・5H2O;0.03mol/L、ロッセル塩;16g/L、ホルムアルデヒド;0.25mol/Lであった。また、反応は室温で行った。 1 g of Pt/C (TEC10V30E manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., carbon type: Valcan (registered trademark) XC-72) was added to this solution and suspended. Further, while stirring this suspension with a magnetic stirrer, 7.85 g of sodium hydroxide was gradually added. Concentrations determined from the input amount of each reagent were CuSO 4 .5H 2 O: 0.03 mol/L, Rossel's salt: 16 g/L, and formaldehyde: 0.25 mol/L. Also, the reaction was carried out at room temperature.

銅を析出させた後、減圧濾過を行い、水で複数回洗浄し、銅を析出させた白金担持カーボンを得た。以下、これを「Cu/Pt/C」と表記する。
なお、溶液に投入された銅がすべてPt/Cに担持されたと仮定した場合、Cu/Pt/Cの組成は、銅が47.7mass%、白金が15.0mass%と見積もられた。また、投入された銅がすべてPt粒子表面を均一に被覆していると仮定した場合、銅層の厚さ(保護材の厚さ)は、約10nmと見積もられた。
After precipitating copper, filtration under reduced pressure was performed, and the product was washed with water several times to obtain platinum-supported carbon on which copper was precipitated. Hereinafter, this is described as "Cu/Pt/C".
Assuming that all the copper put into the solution was supported on Pt/C, the composition of Cu/Pt/C was estimated to be 47.7 mass% copper and 15.0 mass% platinum. In addition, assuming that all the injected copper uniformly covers the surfaces of the Pt particles, the thickness of the copper layer (thickness of the protective material) was estimated to be about 10 nm.

[1.1.2. 評価用電極の作製]
Cu/Pt/C:127mgを量り取った。これに水:6.29g及び2-プロパノール:25.15gをこの順に加えて混合し、触媒分散液を得た。
これとは別に、ナフィオン(登録商標)溶液(ケマーズ(株)製、D2020)を2-プロパノール(富士フイルム和光純薬製(株)製、精密分析用)で希釈し、濃度5.5mass%のアイオノマ溶液を得た。アイオノマ溶液:0.34gを触媒分散液に加え、ホーン型超音波ホモジナイザー((株)SMT製、MODELUH-600)で6分間分散処理を行い、アイオノマ・触媒分散液を得た。
[1.1.2. Preparation of evaluation electrode]
Cu/Pt/C: Weighed out 127 mg. Water: 6.29 g and 2-propanol: 25.15 g were added in this order and mixed to obtain a catalyst dispersion.
Separately, Nafion (registered trademark) solution (manufactured by Chemours Co., Ltd., D2020) was diluted with 2-propanol (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for precision analysis), and the concentration was 5.5 mass%. An ionomer solution was obtained. Ionomer solution: 0.34 g was added to the catalyst dispersion, and dispersed for 6 minutes with a horn-type ultrasonic homogenizer (manufactured by SMT Co., Ltd., MODELUH-600) to obtain an ionomer/catalyst dispersion.

次に、調製したアイオノマ・触媒分散液を超音波式スプレーノズル(ソニア社製、WS130K50ST)を用いて電極上に塗布した。電極には、表面をアルミナ粒子(1μm、0.3μm、及び0.05μm)で研磨した5.5mmφのGC電極を用いた。スプレー条件は、超音波出力:70%、送液速度:100μL/min、窒素ガス流量:6L/min、ノズルと電極との間の距離:10cm、塗布時間:5分とした。
塗布後、GC電極を80℃の恒温槽中に入れて10分間乾燥させ、アイオノマでコートされたCu/Pt/Cを担持したGC電極を得た。以下、アイオノマでコートされたCu/Pt/Cを「Naf/Cu/Pt/C」と表記する。カーボンに対するアイオノマの質量比(I/C)は、0.4とした。
Next, the prepared ionomer/catalyst dispersion was applied onto the electrode using an ultrasonic spray nozzle (WS130K50ST, manufactured by Sonia). A GC electrode of 5.5 mmφ whose surface was polished with alumina particles (1 μm, 0.3 μm, and 0.05 μm) was used as the electrode. The spray conditions were ultrasonic output: 70%, liquid feed rate: 100 μL/min, nitrogen gas flow rate: 6 L/min, distance between nozzle and electrode: 10 cm, application time: 5 minutes.
After coating, the GC electrode was placed in a constant temperature bath at 80° C. and dried for 10 minutes to obtain an ionomer-coated Cu/Pt/C-carrying GC electrode. Cu/Pt/C coated with ionomer is hereinafter referred to as "Naf/Cu/Pt/C". The mass ratio (I/C) of ionomer to carbon was set to 0.4.

[1.1.3. Cuの除去]
Naf/Cu/Pt/Cを担持したGC電極を回転電極ホルダーにセットした。この状態で、GC電極を0.5mol/Lの硝酸水溶液に5分間浸漬し、銅を溶出させた。以下、Naf/Cu/Pt/CからCuを除去した触媒を「Naf/(Cu除去)/Pt/C」と表記する。
[1.2. 比較例3]
アイオノマでコートされていないPt/CをGC電極上に担持させた。すなわち、Pt/C:67mgを量り取った。これに水:6.29g及び2-プロパノール:25.15gをこの順に加えて混合し、触媒分散液を得た。調製した触媒分散液をGC電極上に塗布した。塗布の方法及び条件は、実施例2と同一とした。
[1.1.3. Removal of Cu]
A GC electrode supporting Naf/Cu/Pt/C was set on a rotating electrode holder. In this state, the GC electrode was immersed in a 0.5 mol/L nitric acid aqueous solution for 5 minutes to elute copper. Hereinafter, a catalyst obtained by removing Cu from Naf/Cu/Pt/C is referred to as "Naf/(Cu removal)/Pt/C".
[1.2. Comparative Example 3]
Pt/C not coated with ionomer was deposited on the GC electrode. That is, Pt/C: 67 mg was weighed out. Water: 6.29 g and 2-propanol: 25.15 g were added in this order and mixed to obtain a catalyst dispersion. The prepared catalyst dispersion was applied onto the GC electrode. The coating method and conditions were the same as in Example 2.

[1.3. 比較例4]
銅を析出させずに、アイオノマをコートした白金担持カーボン(Naf/Pt/C)をGC電極上に担持させた。すなわち、Pt/C:66mgを量り取った。これに水:6.29g及び2-プロパノール:25.15gをこの順に加えて混合し、触媒分散液を得た。これとは別に、実施例2と同様にして濃度5.5mass%のアイオノマ溶液を作製した。アイオノマ溶液:0.34gを触媒分散液に加えて分散処理を行い、アイオノマ・触媒分散液を得た。さらに、調製したアイオノマ・触媒分散液をGC電極上に塗布した。分散及び塗布の方法及び条件は、実施例2と同一とした。
[1.3. Comparative Example 4]
An ionomer-coated platinum-supported carbon (Naf/Pt/C) was supported on a GC electrode without depositing copper. That is, Pt/C: 66 mg was weighed out. Water: 6.29 g and 2-propanol: 25.15 g were added in this order and mixed to obtain a catalyst dispersion. Separately, an ionomer solution with a concentration of 5.5 mass % was prepared in the same manner as in Example 2. Ionomer solution: 0.34 g was added to the catalyst dispersion liquid and subjected to dispersion treatment to obtain an ionomer/catalyst dispersion liquid. Further, the prepared ionomer/catalyst dispersion was applied onto the GC electrode. The method and conditions of dispersion and application were the same as in Example 2.

[2. 試験方法]
[2.1. 保護材被覆電極触媒の評価]
実施例2については、銅を析出させた後、減圧濾過により得られた最初の濾液に含まれる銅イオン濃度を測定した。銅イオン濃度は、パックテスト(登録商標)((株)共立理化学研究所製、銅イオン分析用、WAK-Cu)を用いた比色分析により測定した。
また、保護材被覆電極触媒を透過型電子顕微鏡で観察した。
[2. Test method]
[2.1. Evaluation of protective material-coated electrode catalyst]
For Example 2, the concentration of copper ions contained in the first filtrate obtained by filtration under reduced pressure after precipitating copper was measured. The copper ion concentration was measured by colorimetric analysis using Packtest (registered trademark) (manufactured by Kyoritsu Rikagaku Kenkyusho Co., Ltd., for copper ion analysis, WAK-Cu).
In addition, the protective material-coated electrode catalyst was observed with a transmission electron microscope.

[2.2. 酸素還元活性の評価]
得られた評価用電極を回転電極ホルダーに挿入し、作用極とした。以下、実施例1と同様にして、白金の電気化学的有効表面積(ECSA)、比活性(SA)、及び酸素還元活性維持率を求めた。
[2.2. Evaluation of oxygen reduction activity]
The obtained electrode for evaluation was inserted into a rotating electrode holder and used as a working electrode. Hereinafter, in the same manner as in Example 1, the electrochemical effective surface area (ECSA), specific activity (SA), and oxygen reduction activity retention rate of platinum were determined.

[3. 結果]
[3.1. 保護材被覆電極触媒の評価]
硫酸銅、ロッセル塩、ホルムアルデヒドの混合溶液にPt/Cを加えて混合し、さらに攪拌しながら水酸化ナトリウムを徐々に加えていくと、気泡が生じた。これは次の式(4)で表される銅イオンの還元とホルムアルデヒドの酸化によって、銅の析出と水素の発生が生じたためと考えられる。
Cu2++2HCHO+4OH- → Cu+2HCOO-+H2+2H2O …(4)
[3. result]
[3.1. Evaluation of protective material-coated electrode catalyst]
Pt/C was added to and mixed with a mixed solution of copper sulfate, Rossel's salt and formaldehyde, and sodium hydroxide was gradually added while stirring to generate air bubbles. This is probably because the reduction of copper ions represented by the following formula (4) and the oxidation of formaldehyde caused the deposition of copper and the generation of hydrogen.
Cu 2+ +2HCHO+4OH →Cu+2HCOO +H 2 +2H 2 O (4)

また、反応終了後に濾過洗浄を行った際の濾液は、無色透明であった。この濾液の銅イオン濃度をパックテスト(登録商標)で簡易的に測定したところ、0.1mg/Lであった。試薬投入量から計算される還元反応前の銅イオンの濃度は1.9g/Lであることから、ほぼすべての銅イオンが還元され、銅がPt/C上に析出したと考えられる。
この銅イオンの還元反応は、無電解めっき技術の知見から、貴金属表面又は析出した銅の表面の触媒作用によって進行することが知られている。このため、銅が析出している場所は、カーボン担体上ではなく、図1のように白金上であると考えられる。
In addition, the filtrate obtained by filtering and washing after the completion of the reaction was colorless and transparent. The concentration of copper ions in the filtrate was simply measured by PACKTEST (registered trademark) and found to be 0.1 mg/L. Since the concentration of copper ions before the reduction reaction calculated from the amount of reagent input was 1.9 g/L, it is considered that almost all copper ions were reduced and copper was deposited on Pt/C.
From the knowledge of electroless plating technology, it is known that this reduction reaction of copper ions progresses due to the catalytic action of the surface of the noble metal or the surface of the deposited copper. Therefore, it is considered that the place where copper is deposited is not on the carbon support but on the platinum as shown in FIG.

図3に、実施例2で得られた保護材被覆電極触媒の元素分布マッピング(図3(A):銅、図3(B):白金)、及び透過電子顕微鏡像(図3(C))を示す。図3より、銅と白金が同じ場所に存在し、カーボン上には銅が少ないことが確認できる。 FIG. 3 shows element distribution mapping of the protective material-coated electrode catalyst obtained in Example 2 (FIG. 3(A): copper, FIG. 3(B): platinum), and a transmission electron microscope image (FIG. 3(C)). indicate. From FIG. 3, it can be confirmed that copper and platinum are present at the same place, and that there is little copper on the carbon.

[2.2. 酸素還元活性の評価]
図4に、Pt/C(比較例3)、Naf/Pt/C(比較例4)、及びNaf/(Cu除去)/Pt/C(実施例2)の比活性(SA)の対数と電位との関係(Tafelプロット)を示す。図4より、Naf/(Cu除去)/Pt/CのSAは、Pt/CのSAとほぼ同じであることが分かる。他方、Naf/Pt/CのSAは、Pt/CのSAより低下していることが分かる。
[2.2. Evaluation of oxygen reduction activity]
FIG. 4 shows the logarithm of the specific activity (SA) and the potential of Pt/C (Comparative Example 3), Naf/Pt/C (Comparative Example 4), and Naf/(Cu removal)/Pt/C (Example 2). (Tafel plot). From FIG. 4, it can be seen that the SA of Naf/(Cu removal)/Pt/C is almost the same as the SA of Pt/C. On the other hand, it can be seen that the SA of Naf/Pt/C is lower than that of Pt/C.

このSAの0.9Vでの値を用いて、式(3)から酸素還元活性維持率を求めた。図5に、Naf/Pt/C(比較例4)、及びNaf/(Cu除去)/Pt/C(実施例2)の0.9Vにおける酸素還元活性維持率を示す。Pt/Cにアイオノマを被覆した場合、その酸素還元活性維持率は51%と半減した。一方、Naf/(Cu除去)/Pt/Cの酸素還元活性維持率は、93%を示した。図5より、銅の析出及び除去を行うことにより、アイオノマ被毒が低減されていることが分かる。 Using this SA value at 0.9 V, the oxygen reduction activity retention rate was obtained from the equation (3). FIG. 5 shows the oxygen reduction activity retention rate at 0.9 V for Naf/Pt/C (Comparative Example 4) and Naf/(Cu removal)/Pt/C (Example 2). When Pt/C was coated with an ionomer, its oxygen reduction activity retention rate was halved to 51%. On the other hand, the oxygen reduction activity retention rate of Naf/(Cu removal)/Pt/C was 93%. It can be seen from FIG. 5 that ionomer poisoning is reduced by depositing and removing copper.

(実施例4、比較例5)
[1. 試料の作製]
[1.1. 実施例4]
[1.1.1. 基準電極の作製]
電極触媒には、29mass%Pt/C(田中貴金属工業(株)製、TEC10V30E、カーボン種:Vulcan(登録商標)XC-72)を用いた。Pt/C:66.2mgを量り取った。これに超純水:6.29g及び2-プロパノール:25.15gをこの順に加えて混合し、ホーン型超音波ホモジナイザーで6分間分散処理し、触媒分散液を得た。調製した触媒分散液を超音波式スプレーノズル(ソニア社製、WS130K50ST)を用いて、研磨した5.5mmφのGC電極上に塗布した。
(Example 4, Comparative Example 5)
[1. Preparation of sample]
[1.1. Example 4]
[1.1.1. Preparation of reference electrode]
29 mass% Pt/C (TEC10V30E manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd., carbon type: Vulcan (registered trademark) XC-72) was used as the electrode catalyst. Pt/C: 66.2 mg was weighed out. To this, 6.29 g of ultrapure water and 25.15 g of 2-propanol were added in this order, mixed, and dispersed with a horn-type ultrasonic homogenizer for 6 minutes to obtain a catalyst dispersion. The prepared catalyst dispersion was applied onto a polished 5.5 mmφ GC electrode using an ultrasonic spray nozzle (WS130K50ST, manufactured by Sonia).

[1.1.2. 評価用電極の作製]
I/Cが0.5、1.0、1.5、又は2.0となるように、アイオノマ溶液の濃度(0.1~0.15mass%)及び滴下量(4~9μL)を調整した以外は、実施例1と同様にして、Cuの電析、アイオノマコート、及びCuの除去を行い、アイオノマコート触媒(Naf/(Cu除去)/Pt/C)を担持した評価用電極を得た。
[1.1.2. Preparation of evaluation electrode]
The ionomer solution concentration (0.1 to 0.15 mass%) and dropping amount (4 to 9 μL) were adjusted so that the I/C was 0.5, 1.0, 1.5, or 2.0. Except for this, Cu electrodeposition, ionomer coating, and Cu removal were performed in the same manner as in Example 1, and an evaluation electrode supporting an ionomer coating catalyst (Naf/(Cu removal)/Pt/C) was prepared. Obtained.

[1.2. 比較例5]
Cuの電析及びCuの除去を行わなかった以外は、実施例4と同様にして、Cuを析出させていない電極触媒(Naf/Pt/C)を担持した評価用電極を作製した。
[1.2. Comparative Example 5]
An electrode for evaluation carrying an electrode catalyst (Naf/Pt/C) on which no Cu was deposited was prepared in the same manner as in Example 4, except that the electrodeposition of Cu and the removal of Cu were not performed.

[2. 試験方法]
得られた評価用電極を回転電極ホルダーに挿入し、作用極とした。以下、実施例1と同様にして、白金の電気化学的有効表面積(ECSA)、比活性(SA)、及び酸素還元活性維持率を求めた。
[2. Test method]
The obtained electrode for evaluation was inserted into a rotating electrode holder and used as a working electrode. Hereinafter, in the same manner as in Example 1, the electrochemical effective surface area (ECSA), specific activity (SA), and oxygen reduction activity retention rate of platinum were determined.

[3. 結果]
[3.1. 酸素還元活性維持率のI/C依存性]
図6に、0.9Vにおける酸素還元活性維持率のI/C依存性を示す。Naf/Pt/Cでは、I/Cによらず、酸素還元活性維持率は0.75でほぼ一定であった。これは、どのI/CでもアイオノマによってPtが被毒されているためと考えられる。
他方、Naf/(Cu除去)/Pt/Cでは、I/Cが0.5の時に酸素還元活性維持率は約100%となり、I/Cの増加とともに酸素還元活性維持率は低下した。また、I/Cが1.5~2.0の時には、Naf/(Cu除去)/Pt/Cの酸素還元活性維持率は、Naf/Pt/Cと同程度の値となった。図6より、アイオノマによる触媒被毒を低減するためには、I/Cは1.0以下が好ましいことが分かる。
[3. result]
[3.1. I/C dependence of oxygen reduction activity retention rate]
FIG. 6 shows the I/C dependence of the oxygen reduction activity retention rate at 0.9V. With Naf/Pt/C, the oxygen reduction activity retention rate was almost constant at 0.75 regardless of the I/C. This is probably because Pt is poisoned by the ionomer in every I/C.
On the other hand, with Naf/(Cu removal)/Pt/C, the oxygen reduction activity retention rate was about 100% when the I/C was 0.5, and the oxygen reduction activity retention rate decreased as the I/C increased. Further, when I/C was 1.5 to 2.0, the oxygen reduction activity retention rate of Naf/(Cu removal)/Pt/C was approximately the same as that of Naf/Pt/C. From FIG. 6, it can be seen that I/C is preferably 1.0 or less in order to reduce catalyst poisoning by the ionomer.

[3.2. 酸素還元活性維持率のアイオノマ被覆厚依存性]
保護材を除去した後のアイオノマの吸着の程度は、コートしたアイオノマの質量だけでなく、アイオノマ被覆厚にも影響を受けると考えられる。このアイオノマ被覆厚は、電極触媒(活性種と担体を含む)の比表面積による影響を強く受ける。すなわち、同じアイオノマ量であっても、高比表面積の電極触媒を用いた場合のアイオノマ被覆厚は、低比表面積の電極触媒を用いた場合のそれよりも薄くなる。
図7に、0.9Vにおける酸素還元活性維持率のアイオノマ被覆厚依存性を示す。図7より、アイオノマ被覆厚が2.5nm以下になると、酸素還元活性維持率が85%以上になることが分かる。これは、アイオノマ被覆厚が薄くなるほど、保護材を除去した後にアイオノマが移動しにくくなり、アイオノマが白金などの活性種に吸着する確率が下がるためと考えられる。
[3.2. Ionomer coating thickness dependence of oxygen reduction activity retention rate]
It is believed that the degree of ionomer adsorption after removal of the protective material is affected not only by the mass of the coated ionomer, but also by the thickness of the ionomer coating. The ionomer coating thickness is strongly influenced by the specific surface area of the electrode catalyst (including active species and carrier). That is, even if the amount of ionomer is the same, the ionomer coating thickness is thinner when using an electrode catalyst with a high specific surface area than when using an electrode catalyst with a low specific surface area.
FIG. 7 shows the dependence of the oxygen reduction activity retention rate at 0.9V on the ionomer coating thickness. From FIG. 7, it can be seen that when the ionomer coating thickness is 2.5 nm or less, the oxygen reduction activity retention rate is 85% or more. This is probably because the thinner the ionomer coating thickness, the less likely the ionomer will move after removing the protective material, and the lower the probability that the ionomer will adsorb to active species such as platinum.

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 by no means limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

本発明に係るアイオノマコート触媒は、固体高分子形燃料電池の空気極の電極触媒として用いることができる。 The ionomer-coated catalyst according to the present invention can be used as an electrode catalyst for the air electrode of polymer electrolyte fuel cells.

Claims (12)

担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒を準備する第1工程と、
前記触媒粒子の表面を保護材でコートし、保護材被覆電極触媒を得る第2工程と、
前記保護材被覆電極触媒の表面をアイオノマでさらにコートし、前駆体を得る第3工程と、
前記前駆体から前記保護材を抽出する第4工程と
を備えたアイオノマコート触媒の製造方法。
A first step of preparing an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on a carrier surface;
a second step of coating the surface of the catalyst particles with a protective material to obtain a protective material-coated electrode catalyst;
a third step of further coating the surface of the protective material-coated electrode catalyst with an ionomer to obtain a precursor;
and a fourth step of extracting the protective material from the precursor.
前記担体は、中実担体である請求項1に記載のアイオノマコート触媒の製造方法。 2. The method for producing an ionomer-coated catalyst according to claim 1, wherein the carrier is a solid carrier. 前記保護材は、
(a)前記触媒粒子に含まれる主要な金属元素の内、最も貴な金属元素よりも卑な金属、
(b)炭素数が5以上である炭化水素鎖に、ホスホン酸基(-PO3 2-)、スルホン酸基(-SO3 -)、スルファミル基(-SH)、カルボン酸基(-COO-)、アンモニウム基(-NR3 +)、ピリジニウム基(-N+55)、及び、イミダゾリウム基(-N22 +32)(但し、Rは、アルキル基又はH)からなる群から選ばれるいずれか1以上の官能基が結合している有機化合物、
(c)前記アイオノマが溶解しない溶媒に可溶なポリマ、又は、
(d)前記触媒粒子及び前記アイオノマが溶解しない酸又はアルカリで溶解可能な無機化合物
からなる請求項1又は2に記載のアイオノマコート触媒の製造方法。
The protective material is
(a) of the main metal elements contained in the catalyst particles, a metal that is less noble than the most noble metal element;
(b) a phosphonic acid group (--PO 3 2- ), a sulfonic acid group (--SO 3 - ), a sulfamyl group (--SH), a carboxylic acid group (--COO - ), an ammonium group (--NR 3 + ), a pyridinium group (--N + C 5 H 5 ), and an imidazolium group (--N 2 R 2 + C 3 R 2 ) (where R is an alkyl group or H ) an organic compound to which one or more functional groups are bonded,
(c) a polymer soluble in a solvent in which the ionomer is not soluble, or
3. The method for producing an ionomer-coated catalyst according to claim 1, wherein (d) the catalyst particles and the ionomer are composed of an acid- or alkali-soluble inorganic compound in which the catalyst particles and the ionomer are insoluble.
前記触媒粒子は、白金又は白金合金からなり、
前記保護材は、Cu、Ag、Sb、Bi、Pd、Zn、Cr、Fe、Cd、Co、Ni、Sn、及び、Pbからなる群から選ばれるいずれか1以上を含む金属又は合金からなる請求項1から3までのいずれか1項に記載のアイオノマコート触媒の製造方法。
The catalyst particles are made of platinum or a platinum alloy,
The protective material is made of a metal or alloy containing at least one selected from the group consisting of Cu, Ag, Sb, Bi, Pd, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, and Pb. Item 4. A method for producing an ionomer-coated catalyst according to any one of Items 1 to 3.
前記第2工程は、前記保護材の厚さが1nm以上20nm以下となるように、前記触媒粒子の表面に前記保護材をコートするものからなる請求項1から4までのいずれか1項に記載のアイオノマコート触媒の製造方法。 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the second step comprises coating the surface of the catalyst particles with the protective material so that the protective material has a thickness of 1 nm or more and 20 nm or less. and a method for producing an ionomer-coated catalyst. 前記アイオノマは、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマ、及び/又は、高酸素透過アイオノマからなる請求項1から5までのいずれか1項に記載のアイオノマコート触媒の製造方法。 6. The method for producing an ionomer-coated catalyst according to any one of claims 1 to 5, wherein the ionomer comprises a perfluorocarbon sulfonic acid polymer and/or a highly oxygen-permeable ionomer. 前記第3工程は、アイオノマ/担体比(質量比)が0.1以上1.5以下となるように、前記電極触媒の表面を前記アイオノマでさらにコートするものからなる請求項1から6までのいずれか1項に記載のアイオノマコート触媒の製造方法。 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the third step comprises further coating the surface of the electrode catalyst with the ionomer so that the ionomer/support ratio (mass ratio) is 0.1 or more and 1.5 or less. A method for producing an ionomer-coated catalyst according to any one of items 1 to 3. 前記第3工程は、アイオノマ被覆厚が0.2nm以上2.5nm以下となるように、前記保護材被覆電極触媒の表面を前記アイオノマでさらにコートするものからなる請求項1から7までのいずれか1項に記載のアイオノマコート触媒の製造方法。 8. Any one of claims 1 to 7, wherein the third step comprises further coating the surface of the protective material-coated electrode catalyst with the ionomer so that the ionomer coating thickness is 0.2 nm or more and 2.5 nm or less. 2. A method for producing an ionomer-coated catalyst according to item 1. 以下の構成を備えたアイオノマコート触媒。
(1)前記アイオノマコート触媒は、
担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒と、
前記電極触媒の表面を被覆するアイオノマと
を備え、
前記触媒粒子と前記アイオノマとの間には空間がある。
(2)前記アイオノマコート触媒は、
前記担体が中実担体からなり、
次の式(1)及び式(2)の関係を満たす。
0.1≦x≦1.5 …(1)
7.5758x2-28.03x+100≦y≦100 …(2)
但し、
xは、前記アイオノマコート触媒のアイオノマ/担体比(質量比)、
yは、前記アイオノマコート触媒の酸素還元活性維持率(%)。
An ionomer-coated catalyst having the following composition.
(1) The ionomer coat catalyst is
an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on the surface of a carrier;
and an ionomer that coats the surface of the electrode catalyst,
There is a space between the catalyst particles and the ionomer.
(2) The ionomer coat catalyst is
the carrier comprises a solid carrier,
It satisfies the relationship of the following equations (1) and (2).
0.1≤x≤1.5 (1)
7.5758x 2 -28.03x+100≦y≦100 (2)
however,
x is the ionomer/support ratio (mass ratio) of the ionomer-coated catalyst;
y is the oxygen reduction activity retention rate (%) of the ionomer-coated catalyst.
アイオノマ被覆厚が0.2nm以上2.5nm以下である請求項9に記載のアイオノマコート触媒。 10. The ionomer-coated catalyst according to claim 9, wherein the ionomer coating thickness is 0.2 nm or more and 2.5 nm or less. 以下の構成を備えた保護材被覆電極触媒。
(1)前記保護材被覆電極触媒は、
担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒と、
前記触媒粒子の表面を被覆する保護材と
を備え、
前記触媒粒子は、
(a)貴金属(Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ir、Ru、Os)、
(b)2種以上の貴金属元素を含む合金、又は、
(c)1種又は2種以上の貴金属元素と、1種又は2種以上の卑金属元素を含む合金
含む。
(2)前記保護材被覆電極触媒は、
前記保護材被覆電極触媒の表面をアイオノマでさらにコートして前駆体とし、
前記前駆体から前記保護材を抽出することによりアイオノマコート触媒を製造するために用いられる。
A protective material-coated electrode catalyst having the following configuration.
(1) The protective material-coated electrode catalyst is
an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on the surface of a carrier;
and a protective material that coats the surface of the catalyst particles,
The catalyst particles are
(a) noble metals (Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ir, Ru, Os),
(b) an alloy containing two or more precious metal elements, or
(c) including alloys containing one or more noble metal elements and one or more base metal elements;
(2) The protective material-coated electrode catalyst is
The surface of the protective material-coated electrode catalyst is further coated with an ionomer to obtain a precursor,
It is used to make an ionomer-coated catalyst by extracting the protective material from the precursor.
担体表面に触媒粒子が担持された電極触媒を準備する第1工程と、
前記触媒粒子の表面を保護材でコートし、請求項11に記載の保護材被覆電極触媒を得る第2工程と
を備え、
前記触媒粒子は、
(a)貴金属(Pt、Au、Ag、Pd、Rh、Ir、Ru、Os)、
(b)2種以上の貴金属元素を含む合金、又は、
(c)1種又は2種以上の貴金属元素と、1種又は2種以上の卑金属元素とを含む合金
を含む
保護材被覆電極触媒の製造方法。
A first step of preparing an electrode catalyst in which catalyst particles are supported on a carrier surface;
a second step of coating the surface of the catalyst particles with a protective material to obtain the protective material-coated electrode catalyst according to claim 11;
The catalyst particles are
(a) noble metals (Pt, Au, Ag, Pd, Rh, Ir, Ru, Os),
(b) an alloy containing two or more precious metal elements, or
(c) A method for producing a protective material-coated electrode catalyst containing an alloy containing one or more noble metal elements and one or more base metal elements.
JP2020145031A 2019-11-19 2020-08-28 Ionoma-coated catalyst and manufacturing method thereof, protective material-coated electrode catalyst and manufacturing method thereof Active JP7310759B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019209111 2019-11-19
JP2019209111 2019-11-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021082578A JP2021082578A (en) 2021-05-27
JP7310759B2 true JP7310759B2 (en) 2023-07-19

Family

ID=75965969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020145031A Active JP7310759B2 (en) 2019-11-19 2020-08-28 Ionoma-coated catalyst and manufacturing method thereof, protective material-coated electrode catalyst and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7310759B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023132374A1 (en) * 2022-01-10 2023-07-13 国立大学法人九州大学 Electrode material, method for producing same, and electrode using same, membrane electrode assembly, and solid-state polymer fuel cell
JP7228942B1 (en) 2022-01-10 2023-02-27 国立大学法人九州大学 Fuel cell electrode material, and fuel cell electrode, membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell using the same
CN115821283B (en) * 2022-08-29 2023-09-05 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 Seawater hydrogen production electrode and preparation method and application thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010067509A (en) 2008-09-11 2010-03-25 Nissan Motor Co Ltd Electrode catalyst
JP2013045694A (en) 2011-08-25 2013-03-04 Nissan Motor Co Ltd Electrode catalyst layer for fuel cell, electrode for fuel cell, membrane electrode assembly for fuel cell and fuel cell
JP2014096299A (en) 2012-11-09 2014-05-22 Jx Nippon Oil & Energy Corp Electrode material, membrane electrode assembly, fuel cell stack, and process of manufacturing electrode material
JP2017174562A (en) 2016-03-22 2017-09-28 三菱自動車工業株式会社 Electrode catalyst for fuel cell
WO2017208761A1 (en) 2016-06-03 2017-12-07 日産自動車株式会社 Electrode catalyst, method for manufacturing same, and electrode catalyst layer using electrode catalyst
US20180183083A1 (en) 2016-12-28 2018-06-28 Hyundai Motor Company Cathode for fuel cells and method of manufacturing membrane electrode assembly having the same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010067509A (en) 2008-09-11 2010-03-25 Nissan Motor Co Ltd Electrode catalyst
JP2013045694A (en) 2011-08-25 2013-03-04 Nissan Motor Co Ltd Electrode catalyst layer for fuel cell, electrode for fuel cell, membrane electrode assembly for fuel cell and fuel cell
JP2014096299A (en) 2012-11-09 2014-05-22 Jx Nippon Oil & Energy Corp Electrode material, membrane electrode assembly, fuel cell stack, and process of manufacturing electrode material
JP2017174562A (en) 2016-03-22 2017-09-28 三菱自動車工業株式会社 Electrode catalyst for fuel cell
WO2017208761A1 (en) 2016-06-03 2017-12-07 日産自動車株式会社 Electrode catalyst, method for manufacturing same, and electrode catalyst layer using electrode catalyst
US20180183083A1 (en) 2016-12-28 2018-06-28 Hyundai Motor Company Cathode for fuel cells and method of manufacturing membrane electrode assembly having the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021082578A (en) 2021-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim et al. Effect of surface oxygen functionalization of carbon support on the activity and durability of Pt/C catalysts for the oxygen reduction reaction
JP7310759B2 (en) Ionoma-coated catalyst and manufacturing method thereof, protective material-coated electrode catalyst and manufacturing method thereof
JP6628867B2 (en) Electrode catalyst, membrane electrode assembly and fuel cell using the electrode catalyst
KR101270809B1 (en) Platinum alloy carbon-supported catalysts
KR101857338B1 (en) Production method for catalyst microparticles, and fuel cell containing catalyst microparticles produced by said production method
EP2133943B1 (en) Process for producing electrode catalyst for fuel cell
US20100273085A1 (en) Method for the Electrochemical Deposition of Catalyst Particles Onto Carbon Fibre-Containing Substrates and Apparatus Therefor
JP6583417B2 (en) Catalyst particles, electrode catalyst using the same, electrolyte membrane-electrode assembly, and fuel cell
US20090068546A1 (en) Particle containing carbon particle, platinum and ruthenium oxide, and method for producing same
JP2014229516A (en) Method of producing catalyst for fuel cell
JP2016054065A (en) Manufacturing method of electrode catalyst
KR20210114052A (en) Fluid for fuel cells
WO2015147311A1 (en) Catalyst for electrode, composition for forming gas diffusion electrode, gas diffusion electrode, film-electrode assembly, and fuel cell stack
KR20120112415A (en) Catalyst particle and method for producing the same
KR100561169B1 (en) Oxygen adsorbing cocatalyst containg catalyst for fuel cell, electrode for fuel cell using the same, and fuel cell containing the electrode
JP2014096299A (en) Electrode material, membrane electrode assembly, fuel cell stack, and process of manufacturing electrode material
US9502716B2 (en) Robust platinum-copper catalysts
JP2001167770A (en) Electrode for fuel cell, and method of fabricating the same
CN105289591A (en) Preparation method of nano carbon based loaded two-dimensional noble metal cluster composite material
Feng et al. Preparation and catalytic activity of CO-resistant catalyst core-shell Au@ Pt/C for methanol oxidation
US9941521B2 (en) Method for producing core-shell catalyst
JP2022138872A (en) Fuel cell electrode catalyst, method for selecting the same, and fuel cell including the same
WO2018069979A1 (en) Catalyst layer production method, catalyst layer, catalyst precursor, and catalyst precursor production method
JP3649013B2 (en) Method for producing electrode for fuel cell
JP6183120B2 (en) Membrane electrode assembly for fuel cell and fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220104

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220930

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221004

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221104

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221213

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230119

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20230228

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230329

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20230329

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20230419

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20230425

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: 20230606

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230619

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7310759

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150