JPH0515780A - 白金合金触媒 - Google Patents

白金合金触媒

Info

Publication number
JPH0515780A
JPH0515780A JP3196988A JP19698891A JPH0515780A JP H0515780 A JPH0515780 A JP H0515780A JP 3196988 A JP3196988 A JP 3196988A JP 19698891 A JP19698891 A JP 19698891A JP H0515780 A JPH0515780 A JP H0515780A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
platinum
manganese
catalyst
iron
carbon
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.)
Pending
Application number
JP3196988A
Other languages
English (en)
Inventor
Paul Stonehart
ポール・ストンハルト
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.)
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Stonehart Associates Inc
Original Assignee
Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Stonehart Associates 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 Tanaka Kikinzoku Kogyo KK, Stonehart Associates Inc filed Critical Tanaka Kikinzoku Kogyo KK
Priority to JP3196988A priority Critical patent/JPH0515780A/ja
Publication of JPH0515780A publication Critical patent/JPH0515780A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

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

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料電池用や各種化学反応等として広く使用
されている白金−マンガンの二元合金触媒や、従来の白
金合金触媒としては比較的活性の高い白金−ニッケル−
コバルト合金触媒でも、依然として満足できる活性を得
ることができず、本発明はより活性の高い白金系触媒を
提供することを目的とする。 【構成】 カーボン担体上に、白金、マンガン及び鉄を
担持させて成る白金合金触媒。この白金合金触媒では、
白金を単独でカーボン担体上に担持させた触媒や白金−
マンガン二元合金触媒や白金−ニッケル−コバルト三元
触媒よりも活性が高く、本発明により従来にない活性の
高い触媒を提供することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、白金及びマンガンと鉄
をカーボン担体上へ担持させた触媒、特に燃料電池の電
極触媒として使用される白金合金触媒に関する。
【0002】
【従来技術とその問題点】従来から各種化学反応用触媒
や燃料電池の電極触媒として、カーボン担体上に白金を
主とする各種触媒金属を担持させた触媒が使用されてい
る。そして触媒性能を向上させるために白金に他の金属
例えばニッケルやクロムを添加した触媒も多数知られて
いる。しかしながらこれらの白金含有触媒も各種反応用
触媒としての活性が十分とは言い難く、より活性の高
く、更に好ましくは寿命の長い触媒が望まれている。
【0003】
【発明の目的】本発明は従来存在しない新しい触媒金属
の組み合わせを選択することにより、十分満足できる触
媒活性を有する白金合金触媒を提供することを目的とす
る。
【0004】
【問題点を解決するための手段】本発明は、カーボン担
体上に、白金、マンガン及び鉄を担持させて成る燃料電
池用白金合金触媒である。
【0005】以下本発明を詳細に説明する。本発明は、
白金の触媒金属にマンガン及び鉄を加えることによって
触媒の比活性を向上させる点を最大の特徴とする。従来
の白金のみを担持させた白金触媒に、第2金属を添加し
て合金させることにより、前記白金触媒の活性が向上さ
せることができ、特に添加する第2の金属を適宜選択す
ることにより顕著な活性向上が可能であり、更に第3の
金属を添加することにより活性をより向上させることが
できることが多い。この添加金属としてマンガンは従来
からあまり重視されていないが、本発明者は白金と鉄を
担持したカーボン担体にマンガンを添加すると活性がよ
り向上し従来にない活性の高い白金合金触媒を提供でき
ることを見出し、本発明に到達したものである。本発明
では触媒担体としてカーボンを使用する。該カーボンと
は、カーボンブラック、グラファイト、活性炭等炭素を
主成分とする単体で任意の形態を有する物質を総称す
る。該カーボン担体は多孔質で大きな表面積、例えば30
〜2000m2 /g程度を有し、粒径が 100〜5000Å程度で
あることが望ましく、例えばアセチレン・ブラック (商
品名、Shawinigan Acetylene Black、デンカブラック
等) や導電性カーボンブラック (商品名、VulcanXC−72
等)やグラファイト化したカーボンブラック等を使用す
ることができる。
【0006】本発明に係わる白金合金触媒は例えば次の
ようにして製造することができる。まず前記カーボン担
体上に白金金属を担持させるが、該白金金属の担持は、
白金含有イオンの溶液例えば塩化白金酸水溶液を前記カ
ーボン担体に含浸させ前記白金含有イオンを還元して前
記カーボン担体上に白金金属を析出させる従来法をその
まま使用することができる。次いで前記白金を担持させ
たカーボン担体上に白金以外の金属つまりマンガン及び
鉄を担持させ、更に白金とマンガン及び鉄を加熱して合
金化する。該合金化は白金を担持させた前記カーボン担
体を、マンガン化合物と鉄化合物の水溶液例えば酢酸マ
ンガン及び硝酸鉄(III)9水和物の水溶液中に含浸
させ該水溶液を攪拌して前記化合物を前記カーボン担体
上に担持させる。
【0007】必要に応じて前記金属塩中の不純物金属を
抽出により除去し乾燥した後、還元雰囲気中例えば水素
気流中 250℃で30分間前記金属塩をマンガン及び鉄に還
元し、次いで温度を600 〜1000℃に上げる。例えば1000
℃に上昇させて長時間保持する。例えば1〜3時間で前
記還元された金属を合金化することができる。本発明の
白金合金触媒では、好ましくは白金を90〜40原子%、マ
ンガン及び鉄をそれぞれ5〜30原子%、最も好ましくは
白金50原子%、マンガン及び鉄をそれぞれ25原子%含む
ように前記金属塩の量を調整する。本発明に係わる白金
合金触媒は、上記した製造方法のように白金を担持させ
てから他の金属を担持させるだけでなく、逆に白金以外
の金属を担持させ次いで白金を担持させた後に合金化し
て製造するようにしてもよい。
【0008】
【実施例】以下に本発明の白金合金触媒製造の実施例を
記載するが、該実施例は本発明を限定するものではな
い。
【実施例1】白金1.12gを含む塩化白金酸を容量約 0.5
リットルの容器中の 300ミリリットルの水に溶解し、該
溶液に3gのNa2 2 3 .5H2 Oを溶解した75ミ
リリットルの液のうち10ミリリットルを3分掛けて滴下
し、残りの65ミリリットルを一度に加え、更に27℃で撹
拌した。一方、触媒担体となるアセチレン・ブラック10
gを 100ミリリットルの純水に良く懸濁させたスラリを
前記混合溶液中に加えた。これを超音波撹拌機で2分間
撹拌し、前記混合溶液を前記担体の細孔内に進入させる
ようにした。
【0009】該スラリを75〜80℃のオーブン中で一晩乾
燥し水を除去した。このようにして得られた乾燥粉末を
約 200ミリリットルの蒸留水で3回洗浄して副生成物を
抽出除去した。このスラリを更に70℃で一晩乾燥して白
金を担持したカーボン担体を得た。このようにして得ら
れた白金カーボン担体触媒のX線回折による白金の平均
粒径は18Åで、透過顕微鏡による白金粒子の観察では、
ほぼ均一によく揃った粒径であり、また電気化学的H2
吸脱着法による白金の比表面積は 155m2 /g、白金の
担持量は10重量%であった。
【0010】酢酸マンガンの水溶液50ミリリットル(0.
77ミリモル)と硝酸鉄(III)9水和物の水溶液50ミ
リリットル(0.77ミリモル)の混合溶液を使用し、該水
溶液に、水酸化アンモニウム水溶液をpHが10になるま
で加え5分間撹拌した。次に該酢酸アミンのマンガン塩
及び硝酸鉄(III)9水和物混合水溶液に、白金のみ
を担持した前記カーボン担体触媒3gを加え10分間撹拌
した。その後、スラリの乾燥、水素気流中での還元を行
って前記マンガン塩及び鉄塩をマンガン及び鉄に還元し
た後、該触媒の雰囲気を1000℃に上昇させて3時間保持
し前記白金と前記マンガン及び鉄を合金化させた。
【0011】約 3.1gの白金−マンガン−鉄合金触媒を
得ることができた。該触媒中の白金とマンガン及び鉄の
担持量を測定したところ、それぞれ 0.1g/g−触媒、
0.014 g/g−触媒及び0.014 g/g−触媒(白金50原
子%、マンガン25原子%及び鉄25原子%)であった。得
られた白金−マンガン−鉄合金触媒の合金粒子径を測定
したところ、34Åであった。この白金−マンガン−鉄合
金触媒を白金0.5 mg/cm2 の量で熱リン酸型燃料電
池のカソードとして半電池に組み、1気圧、 190℃、酸
素極900 mVでの活動度を測定したところ、52mA/m
gPtであった。
【0012】
【比較例1】酢酸マンガンの水溶液 100ミリリットル
(1.74ミリモル)に、水酸化アンモニウム水溶液をpH
が10になるまで加え、5分間撹拌した。次に該酢酸アミ
ンのマンガン塩水溶液に実施例1で調製した白金カーボ
ン担体触媒3gを加え10分間撹拌した。その後得られた
スラリを65℃で蒸発乾燥し、次いで1リットル/分の10
%水素(残窒素)気流中 250℃で30分間還元して前記マ
ンガン塩をマンガンに還元した後、該触媒の雰囲気を 9
00℃に上昇させて前記白金と前記マンガンとを合金化さ
せた(合金の平均粒子径24Å)。容器から取り出したと
ころ、約3.1gの白金−マンガン合金触媒を得ることが
できた。化学分析法を使用して該白金−マンガン合金触
媒中の白金とマンガンの担持量を測定したところ、それ
ぞれ0.1 g/g−触媒及び0.03g/g−触媒(白金50原
子%、マンガン50原子%)であった。又該触媒の合金の
粒子径は24Åであった。又実施例1と同様に活動度を測
定したところ、42mA/mgPtであった。
【0013】
【比較例2及び3】実施例1と同様の操作をにより白金
−ニッケル−コバルト合金触媒を調製し、実施例1と同
様に活動度を測定したところ、50mA/mgPtであっ
た(比較例2)。更に実施例1で調製したマンガン及び
鉄を担持する前の白金触媒の活動度を同様にして測定し
たところ30mA/mgPtであった(比較例3)。上記
した実施例及び比較例における合金触媒及び白金触媒の
それぞれの構成金属の原子%及び0.9 Vにおける活動度
(mA/mgPt)を表1に纏めた。
【0014】
【表1】
【0015】表1から、白金及びマンガンと鉄を含んで
成る本発明の実施例の合金触媒は、マンガンを含まない
他の触媒、例えば白金単独触媒より20mA/mgPt以
上、白金−マンガン合金触媒より10mA/mgPt以
上、又白金を含む3元合金触媒より数mA/mgPt活
動度が高いことが分かる。又上記実施例1、比較例2及
び3の電極をそれぞれ単電池に組み、1気圧、190 ℃で
運転を行い、端子電圧の経時変化を測定した。この結果
を図1に示す。図1より実施例1の白金−マンガン−鉄
触媒は運転当初から比較例の電極より高い端子電圧を得
ることができ、運転時間が長くなっても比較例の電極の
端子電圧より高い端子電圧に維持され、寿命性能的にも
優れていることが分かる。
【0016】
【発明の効果】本発明に係わる白金合金触媒は、カーボ
ン担体上に、白金、マンガン及び鉄を担持させて成る白
金合金触媒である(請求項1)。この白金合金触媒は、
白金−マンガンの2元合金触媒や、従来の白金合金触媒
としては比較的活性の高い白金−ニッケル−コバルト合
金触媒よりも活性が高く触媒の寿命も大幅に増加し、、
特に燃料電池用の電極触媒として使用すると有用で、そ
の効果は各担持金属の一定割合の範囲で顕著である(請
求項2)。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1及び比較例2、3で作製した電極を単
電池に組んで使用した場合の端子電圧の経時変化を示す
グラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール・ストンハルト アメリカ合衆国 06443 コネチカツト州、 マジソン、コテツジ・ロード17、ピー・オ ー・ボツクス1220

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カーボン担体上に、白金、マンガン及び
    鉄を担持させて成る白金合金触媒。
  2. 【請求項2】 40〜90原子%の白金、30〜5原子%のマ
    ンガン及び30〜5原子%の鉄が担持された請求項1に記
    載の白金合金触媒。
JP3196988A 1991-07-11 1991-07-11 白金合金触媒 Pending JPH0515780A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3196988A JPH0515780A (ja) 1991-07-11 1991-07-11 白金合金触媒

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3196988A JPH0515780A (ja) 1991-07-11 1991-07-11 白金合金触媒

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0515780A true JPH0515780A (ja) 1993-01-26

Family

ID=16366967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3196988A Pending JPH0515780A (ja) 1991-07-11 1991-07-11 白金合金触媒

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0515780A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009512163A (ja) * 2005-10-12 2009-03-19 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 燃料電池用ナノ触媒
KR101282678B1 (ko) * 2010-12-02 2013-07-12 현대자동차주식회사 연료전지용 전극 및 이를 이용한 막-전극 어셈블리 제조 방법
CN110931815A (zh) * 2019-12-05 2020-03-27 中船重工黄冈贵金属有限公司 一种燃料电池炭载铂基催化剂的制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009512163A (ja) * 2005-10-12 2009-03-19 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 燃料電池用ナノ触媒
KR101282678B1 (ko) * 2010-12-02 2013-07-12 현대자동차주식회사 연료전지용 전극 및 이를 이용한 막-전극 어셈블리 제조 방법
CN110931815A (zh) * 2019-12-05 2020-03-27 中船重工黄冈贵金属有限公司 一种燃料电池炭载铂基催化剂的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4822699A (en) Electrocatalyst and fuel cell electrode using the same
US5068161A (en) Catalyst material
US4985386A (en) Carburized platinum catalysts and process for preparing the same employing acid amine salts
CA1221403A (en) Platinum-iron electrocatalyst and fuel cell electrode using the same
US4316944A (en) Noble metal-chromium alloy catalysts and electrochemical cell
JPH05208135A (ja) 負極用電極触媒
JPH0636366B2 (ja) 燃料電池用三成分金属合金触媒
GB2242203A (en) Catalyst material comprising platinum alloy supported on carbon
JPH06176766A (ja) 白金合金電極触媒及びその製造方法
Swathirajan et al. Electrochemical Oxidation of Methanol at Chemically Prepared Platinum‐Ruthenium Alloy Electrodes
US5593934A (en) Platinum alloy catalyst
WO1999066576A1 (fr) Catalyseur pour pile a combustible du type a electrolyte solide polymere et procede de production d'un catalyseur pour une telle pile
JPH09167620A (ja) 燃料電池用電極触媒とその製造方法、およびその触媒を用いた電極と燃料電池
JP2000003712A (ja) 高分子固体電解質型燃料電池用触媒
EP0552587A1 (en) Platinum alloy catalyst and process of preparing same
US4373014A (en) Process using noble metal-chromium alloy catalysts in an electrochemical cell
JP3839961B2 (ja) 高分子固体電解質型燃料電池用触媒の製造方法
EP0149293B1 (en) Improved electrocatalyst and fuel cell electrode using the same
JPH0515780A (ja) 白金合金触媒
US4131721A (en) Electrolytic cell having a novel electrode including platinum on a carbon support activated with a phosphorus-oxygen-containing compound
EP0556535A1 (en) Electrocatalyst for anode
JPH08509094A (ja) 白金合金又は導電性担体を含む電極触媒材料
JP2002095969A (ja) 白金−コバルト合金触媒の製造方法
JP3978470B2 (ja) 燃料電池用カソード触媒およびそれを用いた燃料電池
JP2001015120A (ja) 高分子固体電解質型燃料電池用触媒及び高分子固体電解質型燃料電池