JPWO2010041650A1 - 触媒およびその製造方法ならびにその用途 - Google Patents
触媒およびその製造方法ならびにその用途 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2010041650A1 JPWO2010041650A1 JP2010532918A JP2010532918A JPWO2010041650A1 JP WO2010041650 A1 JPWO2010041650 A1 JP WO2010041650A1 JP 2010532918 A JP2010532918 A JP 2010532918A JP 2010532918 A JP2010532918 A JP 2010532918A JP WO2010041650 A1 JPWO2010041650 A1 JP WO2010041650A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- catalyst
- fuel cell
- oxide
- carbonitride
- 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.)
- Granted
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 209
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 318
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 318
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 106
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 106
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 105
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 claims abstract description 35
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 28
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 109
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 45
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 38
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 27
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 24
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 23
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 20
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 19
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 19
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 16
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 9
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 7
- 238000005256 carbonitriding Methods 0.000 claims description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 4
- 239000012773 agricultural material Substances 0.000 claims description 3
- 230000003796 beauty Effects 0.000 claims description 3
- 239000004566 building material Substances 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 3
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 claims description 3
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 claims description 3
- 239000010985 leather Substances 0.000 claims description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004753 textile Substances 0.000 claims description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 11
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 abstract description 8
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 57
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 56
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 33
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 27
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 18
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 16
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 14
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 14
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 13
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 8
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 8
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 8
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 7
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- -1 tungsten nitride Chemical class 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910026551 ZrC Inorganic materials 0.000 description 5
- OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N [C].[Zr] Chemical compound [C].[Zr] OTCHGXYCWNXDOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- HFLAMWCKUFHSAZ-UHFFFAOYSA-N niobium dioxide Chemical compound O=[Nb]=O HFLAMWCKUFHSAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 4
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 3
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 3
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001926 trapping method Methods 0.000 description 3
- ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N zirconium nitride Chemical compound [Zr]#N ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- CFJRGWXELQQLSA-UHFFFAOYSA-N azanylidyneniobium Chemical compound [Nb]#N CFJRGWXELQQLSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002638 heterogeneous catalyst Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UNASZPQZIFZUSI-UHFFFAOYSA-N methylidyneniobium Chemical compound [Nb]#C UNASZPQZIFZUSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002116 nanohorn Substances 0.000 description 2
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 2
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 2
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 1,2-phenylenediamine Chemical compound NC1=CC=CC=C1N GEYOCULIXLDCMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001140 1,4-phenylene group Chemical group [H]C1=C([H])C([*:2])=C([H])C([H])=C1[*:1] 0.000 description 1
- VWBVCOPVKXNMMZ-UHFFFAOYSA-N 1,5-diaminoanthracene-9,10-dione Chemical compound O=C1C2=C(N)C=CC=C2C(=O)C2=C1C=CC=C2N VWBVCOPVKXNMMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 1-(chloromethyl)-4-[4-(chloromethyl)phenyl]benzene Chemical compound C1=CC(CCl)=CC=C1C1=CC=C(CCl)C=C1 INZDTEICWPZYJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 1lambda4,2lambda4-dimolybdacyclopropa-1,2,3-triene Chemical compound [Mo]=C=[Mo] QIJNJJZPYXGIQM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004438 BET method Methods 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910039444 MoC Inorganic materials 0.000 description 1
- SMWDFEZZVXVKRB-UHFFFAOYSA-N Quinoline Chemical class N1=CC=CC2=CC=CC=C21 SMWDFEZZVXVKRB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010757 Reduction Activity Effects 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DPWBZNOQZSTFQV-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[Ta+4] Chemical compound [O-2].[O-2].[Ta+4] DPWBZNOQZSTFQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- GPBUGPUPKAGMDK-UHFFFAOYSA-N azanylidynemolybdenum Chemical compound [Mo]#N GPBUGPUPKAGMDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SKKMWRVAJNPLFY-UHFFFAOYSA-N azanylidynevanadium Chemical compound [V]#N SKKMWRVAJNPLFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002815 homogeneous catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000010534 mechanism of action Effects 0.000 description 1
- 239000012982 microporous membrane Substances 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Inorganic materials O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940110728 nitrogen / oxygen Drugs 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N oxide(2-) Chemical compound [O-2] AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002926 oxygen Chemical class 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 150000003058 platinum compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 229910052704 radon Inorganic materials 0.000 description 1
- SYUHGPGVQRZVTB-UHFFFAOYSA-N radon atom Chemical compound [Rn] SYUHGPGVQRZVTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 235000010215 titanium dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/8605—Porous electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/88—Processes of manufacture
- H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
- H01M4/8807—Gas diffusion layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
Description
チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる1種の金属Aを0.2質量%以上含有し、
チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる1種の金属Zを0.2質量%以上(ただし、金属Zは、金属Aと異なる種類の金属とする。)含有し、
且つ
金属Aと金属Zとの合計が25質量%以上である金属炭窒酸化物からなり、
粉末X線回折法(Cu−Kα線)によって前記金属炭窒酸化物を測定した際に、回折角2θ=33°〜43°の間に、回折線ピークが4つ以上観測されることを特徴とする触媒。
前記金属炭窒酸化物が、金属Aを含有する炭窒酸化物と、金属Zを含有する炭窒酸化物とを含む混合物であり、金属Aを含有する炭窒酸化物を金属換算で0.2質量%以上含み、金属Zを含有する炭窒酸化物を金属換算で0.2質量%以上含む(1)に記載の触媒。
前記金属Aと前記金属Zとのモル比(金属A/金属Z)が、1以上15以下である(1)または(2)に記載の触媒。
前記金属Aおよび前記金属Zの組み合わせが、下記(a)および(b)、下記(a)および(c)、または下記(b)および(c)である(1)〜(3)のいずれかに記載の触媒;
(a)チタンおよびジルコニウムからなる群より選ばれる一種の金属
(b)バナジウム、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれる一種の金属
(c)モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる一種の金属。
前記金属炭窒酸化物の組成式が、AaZbCxNyOz(ただし、Aは金属Aを表し、Zは金属Zを表し、a、b、x、y、zは原子数の比を表し、0.01≦a<1、0<b≦0.99、0.01≦x≦2、0.01≦y≦2、0.01≦z≦3、a+b=1、かつx+y+z≦5である。)で表されることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の触媒。
(1)〜(5)のいずれかに記載の触媒を含むことを特徴とする燃料電池用触媒層。
さらに電子伝導性粒子を含むことを特徴とする(6)に記載の燃料電池用触媒層。
燃料電池用触媒層と多孔質支持層とを有する電極であって、前記燃料電池用触媒層が(6)または(7)に記載の燃料電池用触媒層であることを特徴とする電極。
カソードとアノードと前記カソードおよび前記アノードの間に配置された電解質膜とを有する膜電極接合体であって、前記カソードおよび/または前記アノードが(8)に記載の電極であることを特徴とする膜電極接合体。
(9)に記載の膜電極接合体を備えることを特徴とする燃料電池。
(9)に記載の膜電極接合体を備えることを特徴とする固体高分子形燃料電池。
発電機能、発光機能、発熱機能、音響発生機能、運動機能、表示機能および充電機能からなる群より選ばれる少なくとも一つの機能を有する物品であって、(10)または(11)に記載の燃料電池を備えていることを特徴とする物品。
前記物品が、建材、照明器具、意匠性窓ガラス、機械、車両、ガラス製品、家電製品、農業資材、電子機器、携帯電話、美容器具、携帯情報端末、工具、食器、風呂用品、トイレ用品、家具、衣類、布製品、繊維、革製品、紙製品、樹脂製品、スポーツ用品、布団、容器、眼鏡、看板、配管、配線、金具、衛生資材、自動車用品、文房具、ワッペン、帽子、鞄、靴、傘、ブラインド、バルーン、照明、発光ダイオード(LED)、信号機、街灯、玩具、道路標識、装飾品、テント、交通信号機、掲示板、アウトドア用品、教材、造花、オブジェ、心臓ペースメーカー用電源、ペルチェ素子を備えた加熱器用の電源およびペルチェ素子を備えた冷却器用の電源からなる群より選ばれる少なくとも1種である、(12)に記載の物品。
チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる1種の金属Aの酸化物と、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる1種の金属Z(ただし、金属Zは、金属Aと異なる種類の金属とする。)の酸化物と、炭素との混合物を、窒素雰囲気中で600〜2000℃の範囲で加熱することにより金属炭窒化物を得る工程(ia)と、
前記金属炭窒化物を酸素含有不活性ガス中で加熱することにより、金属炭窒酸化物を得る工程(ii)とを含むことを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の触媒の製造方法。
前記金属Aの酸化物、前記金属Aの窒化物および前記金属Aの炭化物からなる群より選ばれる1種以上の化合物と、前記金属Zの酸化物、前記金属Zの窒化物および前記金属Zの炭化物からなる群より選ばれる1種以上の化合物との混合物(ただし、当該混合物は少なくとも炭化物を含む。)を、不活性ガス中(ただし、前記混合物中に窒化物を含まない場合は、窒素雰囲気中とする。)で600〜2000℃の範囲で加熱することにより金属炭窒化物を得る工程(ib)と、
前記金属炭窒化物を酸素含有不活性ガス中で加熱することにより、金属炭窒酸化物を得る工程(ii)とを含むことを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の触媒の製造方法。
前記工程(ii)における加熱の温度が400〜1400℃の範囲であることを特徴とする(14)または(15)に記載の触媒の製造方法。
前記工程(ii)における酸素ガス濃度が0.1〜10容量%の範囲であることを特徴とする(14)〜(16)のいずれかに記載の触媒の製造方法。
本発明の触媒は、特定の金属炭窒酸化物からなることを特徴としている。前記金属炭窒酸化物は、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる1種の金属Aと、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる1種の金属Z(ただし、金属Zは、金属Aと異なる種類の金属とする。)を特定の割合で含有している。
〔測定法(A):
電子伝導性粒子であるカーボンに分散させた触媒が1質量%となるように、該触媒およびカーボンを溶剤中に入れ、超音波で攪拌し懸濁液を得る。なお、カーボンとしては、カーボンブラック(比表面積:100〜300m2/g)(例えばキャボット社製 XC−72)を用い、触媒とカーボンとが質量比で95:5になるように分散させる。また、溶剤としては、イソプロピルアルコール:水(質量比)=1:1を用いる。
上記酸素還元開始電位が0.7V(vs.NHE)未満であると、前記触媒を燃料電池のカソード用の触媒として用いた際に過酸化水素が発生することがある。また酸素還元開始電位は0.8V(vs.NHE)以上であることが、好適に酸素を還元するために特に好ましい。また、酸素還元開始電位は高い程好ましく、特に上限は無いが、化学平衡論的理論値の1.23V(vs.NHE)を超えることは難しい。
上記触媒の製造方法は特に限定されないが、例えば、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる2種の金属(以下「金属A」、「金属Z」とも記す。)を含有する金属炭窒化物を酸素含有不活性ガス中で加熱することにより、前記金属Aおよび前記金属Zを含有する金属炭窒酸化物を得る工程を含む製造方法が挙げられる。
[製造方法(I)]
製造方法(I)は、前記金属Aの酸化物と、前記金属Zの酸化物と、炭素との混合物を、窒素雰囲気中で加熱することにより金属炭窒化物を製造する方法である。
製造方法(II)は、前記金属Aの酸化物、前記金属Aの窒化物および前記金属Aの炭化物からなる群より選ばれる1種以上の化合物と、前記金属Zの酸化物、前記金属Zの窒化物および前記金属Zの炭化物からなる群より選ばれる1種以上の化合物との混合物(ただし、当該混合物は少なくとも炭化物を含む。)を、不活性ガス中(ただし、前記混合物中に窒化物を含まない場合は、窒素雰囲気中とする。)で加熱することにより金属炭窒化物を製造する方法である。
次に、上記製造方法(I)および(II)で得られた金属炭窒化物を、酸素含有不活性ガス中で加熱することにより、金属炭窒酸化物を得る工程について説明する。
本発明によって実現される触媒の用途は、特に限定されないが、例として、反応容器内に一種類以上の反応原料を投入し、圧力、温度等に変化を与えることによって目的物質を得る際に、反応を促進する目的に用いても良い。物質の分解を促進する用途、たとえば有害物質の分解または、原料物質の供給のための上流原料物質の分解等を促進する用途に供することも可能である。
(式(2)中、dは平均粒子径(単位:nm)、ρは粒子の真密度(単位:g/cm3)、Sは粒子の比表面積(単位:m2/g)とする。)
ここで、簡易のために、カーボンの粒子の真密度は2.3(g/cm3)とする。
1.粉末X線回折
理学電機株式会社製 ロータフレックスを用いて、試料の粉末X線回折を行った。
炭素:試料約0.1gを量り取り、固体中炭素分析装置(堀場製作所 EMIA−110)で測定を行った。
(1−1)触媒の調製
炭化ジルコニウム(ZrC、高純度化学研究所製)7.62g、窒化ジルコニウム(ZrN、高純度化学研究所製)0.46gおよび五酸化タンタル(Ta2O5、高純度化学研究所製)1.92gを混合、粉砕し、窒素雰囲気中、1800℃で加熱をすることによって、ジルコニウムおよびタンタルを含有する炭窒化物(1)約9.2gが得られた。
酸素還元能の測定は、次のように行った。(1−1)で得られた触媒(1)0.095gとカーボン(キャボット社製 XC−72)0.005gとをイソプロピルアルコール:純水=1:1の質量比で混合した溶液10gに入れ、超音波で撹拌、懸濁して混合した。この混合物30μlをグラッシーカーボン電極(東海カーボン社製、直径:5.2mm)に塗布し、120℃で1時間乾燥した。さらに、NAFION(登録商標)(デュポン社 5%NAFION(登録商標)溶液(DE521))を10倍に純水で希釈したもの10μlを塗布し、120℃で1時間乾燥し、燃料電池用電極(1)を得た。
(1−2)で作製された燃料電池用電極(1)の触媒能(酸素還元能)を以下の方法で評価した。
(2−1)触媒の調製
炭化チタン(TiC、高純度化学研究所製)7.65g、窒化チタン(TiN、高純度化学社製)0.47gおよび酸化ニオブ(IV)(NbO2、高純度化学社製)1.88gを原料として用いた以外は、実施例1の(1−1)に記載と同様の手法で、チタンおよびニオブを含有する炭窒化物(2)約9.5gを得て、また、得られた炭窒化物(2)1gからチタンおよびニオブを含有する炭窒酸化物(2)(以下「触媒(2)」とも記す。)約1.1gを得た。
前記触媒(2)を用いた以外は実施例1と同様にして燃料電池用電極(2)を得た。
(2−2)で作製された燃料電池用電極(2)を用いた以外は実施例1と同様にして触媒能(酸素還元能)を評価した。
(3−1)触媒の調製
原料として炭化チタン(TiC、高純度化学研究所製)6.69g、窒化チタン(TiN、高純度化学研究所製)0.41gおよび五酸化ニオブ(Nb2O5、高純度化学研究所製)2.90g、を用いた以外は実施例1の(1−1)に記載された同様の手法で、チタンおよびニオブを含有する炭窒化物(3)約9.5gを得て、また、得られた炭窒化物(3)1gからチタンおよびニオブを含有する炭窒酸化物(以下「触媒(3)」とも記す。)約1.1gを得た。
前記触媒(3)を用いた以外は実施例1と同様にして燃料電池用電極(3)を得た。
(3−2)で作製された燃料電池用電極(3)を用いた以外は実施例1と同様にして触媒能(酸素還元能)を評価した。
(4−1)触媒の調製
原料として炭化チタン(TiC、高純度化学研究所製)7.67g、窒化チタン(TiN、高純度化学研究所製)0.47gおよび酸化ジルコニウム(ZrO2、和光純薬工業社製 和光特級)1.86g、を用いた以外は実施例1の(1−1)に記載された同様の手法で、チタンおよびジルコニウムを含有する炭窒化物(4)約9.5gを得て、また、得られた炭窒化物(4)1.0gからチタンおよびジルコニウムを含有する炭窒酸化物(以下「触媒(4)」とも記す。)約1.1gを得た。
前記触媒(4)を用いた以外は実施例1と同様にして燃料電池用電極を得た。
(4−2)で作製された燃料電池用電極(4)を用いた以外は実施例1と同様にして触媒能(酸素還元能)を評価した。
(5−1)触媒の調製
原料として炭化ジルコニウム(ZrC、高純度化学研究所製)8.32g、窒化ジルコニウム(ZrN、高純度化学研究所製)0.50gおよび酸化ニオブ(IV)(NbO2、高純度化学研究所製)1.18gを用い、炭窒化物を得る際の加熱温度を1600℃とした以外は実施例1の(1−1)に記載された同様の手法で、ジルコニウムおよびニオブを含有する炭窒化物(5)約9.7gを得て、また、得られた炭窒化物(5)1.0gからジルコニウムおよびニオブを含有する炭窒酸化物(以下「触媒(5)」とも記す。)約1.0gを得た。
前記触媒(5)を用いた以外は実施例1と同様にして燃料電池用電極(5)を得た。
(5−2)で作製された燃料電池用電極(5)を用いた以外は実施例1と同様にして触媒能(酸素還元能)を評価した。
(6−1)触媒の調製
原料として酸化チタン(TiO2、高純度化学研究所製)6.28g、酸化ニオブ(IV)(NbO2、高純度化学研究所製)1.18gおよびカーボン(キャボット社製 XC−72)2.62gを用いた以外は実施例1の(1−1)に記載された同様の手法で、チタンおよびニオブを含有する炭窒化物(6)約7.2gを得て、また、得られた炭窒化物(6)1.0gからチタンおよびニオブを含有する炭窒酸化物(以下「触媒(6)」とも記す。)約1.0gを得た。
前記触媒(6)を用いた以外は実施例1と同様にして燃料電池用電極(6)を得た。
(6−2)で作製された燃料電池用電極(6)を用いた以外は実施例1と同様にして触媒能(酸素還元能)を評価した。
(7−1)触媒の調製
原料として酸化モリブデン(IV)(MoO2、和光純薬工業社製)6.81g、酸化タングステン(VI)(WO3、99.5% 和光純薬工業社製)1.37gおよびカーボン(キャボット社製 XC−72)2.62gを用いた以外は実施例1の(1−1)に記載された同様の手法で、モリブデンおよびタングステンを含有する炭窒化物(7)約8.0gを得て、また、得られた炭窒化物(7)1.0gからモリブデンおよびタングステンを含有する炭窒酸化物(以下「触媒(7)」とも記す。)約1.0gを得た。
前記触媒(7)を用いた以外は実施例1と同様にして燃料電池用電極(7)を得た。
(7−2)で作製された燃料電池用電極(7)を用いた以外は実施例1と同様にして触媒能(酸素還元能)を評価した。
(8−1)触媒の調製
原料として酸化モリブデン(IV)(MoO2、和光純薬工業社製)7.43g、五酸化バナジウム(V)(V2O5、和光純薬工業社製)0.58gおよびカーボン(キャボット社製 XC−72)1.97gを用いた以外は実施例1の(1−1)に記載された同様の手法で、モリブデンおよびバナジウムを含有する炭窒化物(8)約7.8gを得て、また、得られた炭窒化物(8)1.0gからモリブデンおよびバナジウムを含有する炭窒酸化物(以下「触媒(8)」とも記す。)約1.1gを得た。
前記触媒(8)を用いた以外は実施例1と同様にして燃料電池用電極(8)を得た。
(8−2)で作製された燃料電池用電極(8)を用いた以外は実施例1と同様にして触媒能(酸素還元能)を評価した。
(9−1)触媒の調製
炭化チタン(TiC、高純度化学研究所製)8.21g、窒化チタン(TiN、高純度化学研究所製)0.50gおよび酸化チタン(IV)(TiO2、高純度化学研究所製)1.29gを混合、粉砕し、窒素雰囲気中、1800℃で加熱をすることによって、チタンを含有する炭窒化物(9−1−1)約9.4gが得られた。
前記触媒(9)を用いた以外は実施例1と同様にして燃料電池用電極(9)を得た。
(9−2)で作製された燃料電池用電極(9)を用いた以外は実施例1と同様にして触媒能(酸素還元能)を評価した。
(10−1)触媒の調製
炭化タンタル(TaC、高純度化学研究所製)8.37g、窒化タンタル(TaN、高純度化学研究所製)0.50gおよび酸化タンタル(IV)(TaO2、高純度化学研究所製)1.13gを原料として用いた以外は実施例1の(1−1)に記載と同様の手法で、タンタルを含有する炭窒化物(10)約9.7gを得て、また、得られた炭窒化物(10)1.0gからタンタルを含有する炭窒酸化物(以下「触媒(10)」とも記す。)約1.0gを得た。
前記触媒(10)を用いた以外は実施例1と同様にして燃料電池用電極(10)を得た。
(10−2)で作製された燃料電池用電極(10)を用いた以外は実施例1と同様にして触媒能(酸素還元能)を評価した。
(11−1)触媒の調製
炭化ジルコニウム(ZrC、高純度化学研究所製)8.33g、窒化ジルコニウム(ZrN、高純度化学研究所製)0.50gおよび酸化ジルコニウム(IV)(ZrO2、高純度化学研究所製)1.17gを原料として用いた以外は実施例1の(1−1)に記載と同様の手法で、ジルコニウムを含有する炭窒化物(11)約9.6gを得て、得られた炭窒化物(11)1gからジルコニウムを含有する炭窒化物(以下「触媒(11)」とも記す。)約1.0gが得られた。
前記触媒(11)を用いた以外は実施例1と同様にして燃料電池用電極(11)を得た。
(11−2)で作製された燃料電池用電極(11)を用いた以外は実施例1と同様にして触媒能(酸素還元能)を評価した。
Claims (17)
- チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる1種の金属Aを0.2質量%以上含有し、
チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる1種の金属Zを0.2質量%以上(ただし、金属Zは、金属Aと異なる種類の金属とする。)含有し、
且つ
金属Aと金属Zとの合計が25質量%以上である金属炭窒酸化物からなり、
粉末X線回折法(Cu−Kα線)によって前記金属炭窒酸化物を測定した際に、回折角2θ=33°〜43°の間に、回折線ピークが4つ以上観測されることを特徴とする触媒。 - 前記金属炭窒酸化物が、金属Aを含有する炭窒酸化物と、金属Zを含有する炭窒酸化物とを含む混合物であり、金属Aを含有する炭窒酸化物を金属換算で0.2質量%以上含み、金属Zを含有する炭窒酸化物を金属換算で0.2質量%以上含む請求項1に記載の触媒。
- 前記金属Aと前記金属Zとのモル比(金属A/金属Z)が、1以上15以下である請求項1または2に記載の触媒。
- 前記金属Aおよび前記金属Zの組み合わせが、下記(a)および(b)、下記(a)および(c)、または下記(b)および(c)である請求項1〜3のいずれか一項に記載の触媒;
(a)チタンおよびジルコニウムからなる群より選ばれる一種の金属
(b)バナジウム、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれる一種の金属
(c)モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる一種
の金属。 - 前記金属炭窒酸化物の組成式が、AaZbCxNyOz(ただし、Aは金属Aを表し、Zは金属Zを表し、a、b、x、y、zは原子数の比を表し、0.01≦a<1、0<b≦0.99、0.01≦x≦2、0.01≦y≦2、0.01≦z≦3、a+b=1、かつx+y+z≦5である。)で表されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の触媒。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載の触媒を含むことを特徴とする燃料電池用触媒層。
- さらに電子伝導性粒子を含むことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池用触媒層。
- 燃料電池用触媒層と多孔質支持層とを有する電極であって、前記燃料電池用触媒層が請求項6または7に記載の燃料電池用触媒層であることを特徴とする電極。
- カソードとアノードと前記カソードおよび前記アノードの間に配置された電解質膜とを有する膜電極接合体であって、前記カソードおよび/または前記アノードが請求項8に記載の電極であることを特徴とする膜電極接合体。
- 請求項9に記載の膜電極接合体を備えることを特徴とする燃料電池。
- 請求項9に記載の膜電極接合体を備えることを特徴とする固体高分子形燃料電池。
- 発電機能、発光機能、発熱機能、音響発生機能、運動機能、表示機能および充電機能からなる群より選ばれる少なくとも一つの機能を有する物品であって、請求項10または11に記載の燃料電池を備えていることを特徴とする物品。
- 前記物品が、建材、照明器具、意匠性窓ガラス、機械、車両、ガラス製品、家電製品、農業資材、電子機器、携帯電話、美容器具、携帯情報端末、工具、食器、風呂用品、トイレ用品、家具、衣類、布製品、繊維、革製品、紙製品、樹脂製品、スポーツ用品、布団、容器、眼鏡、看板、配管、配線、金具、衛生資材、自動車用品、文房具、ワッペン、帽子、鞄、靴、傘、ブラインド、バルーン、照明、発光ダイオード(LED)、信号機、街灯、玩具、道路標識、装飾品、テント、交通信号機、掲示板、アウトドア用品、教材、造花、オブジェ、心臓ペースメーカー用電源、ペルチェ素子を備えた加熱器用の電源およびペルチェ素子を備えた冷却器用の電源からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項12に記載の物品。
- チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる1種の金属Aの酸化物と、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデンおよびタングステンからなる群より選ばれる1種の金属Z(ただし、金属Zは、金属Aと異なる種類の金属とする。)の酸化物と、炭素との混合物を、窒素雰囲気中で600〜2000℃の範囲で加熱することにより金属炭窒化物を得る工程(ia)と、
前記金属炭窒化物を酸素含有不活性ガス中で加熱することにより、金属炭窒酸化物を得る工程(ii)とを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の触媒の製造方法。 - 前記金属Aの酸化物、前記金属Aの窒化物および前記金属Aの炭化物からなる群より選ばれる1種以上の化合物と、前記金属Zの酸化物、前記金属Zの窒化物および前記金属Zの炭化物からなる群より選ばれる1種以上の化合物との混合物(ただし、当該混合物は少なくとも炭化物を含む。)を、不活性ガス中(ただし、前記混合物中に窒化物を含まない場合は、窒素雰囲気中とする。)で600〜2000℃の範囲で加熱することにより金属炭窒化物を得る工程(ib)と、
前記金属炭窒化物を酸素含有不活性ガス中で加熱することにより、金属炭窒酸化物を得る工程(ii)とを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の触媒の製造方法。 - 前記工程(ii)における加熱の温度が400〜1400℃の範囲であることを特徴とする請求項14または15に記載の触媒の製造方法。
- 前記工程(ii)における酸素ガス濃度が0.1〜10容量%の範囲であることを特徴とする請求項14〜16のいずれか一項に記載の触媒の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010532918A JP5539892B2 (ja) | 2008-10-06 | 2009-10-06 | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008259779 | 2008-10-06 | ||
JP2008259779 | 2008-10-06 | ||
PCT/JP2009/067393 WO2010041650A1 (ja) | 2008-10-06 | 2009-10-06 | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 |
JP2010532918A JP5539892B2 (ja) | 2008-10-06 | 2009-10-06 | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2010041650A1 true JPWO2010041650A1 (ja) | 2012-03-08 |
JP5539892B2 JP5539892B2 (ja) | 2014-07-02 |
Family
ID=42100600
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010532918A Expired - Fee Related JP5539892B2 (ja) | 2008-10-06 | 2009-10-06 | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5539892B2 (ja) |
WO (1) | WO2010041650A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11296328B2 (en) | 2017-04-25 | 2022-04-05 | Environmental Science Institute, LTD | Porous catalyst, catalyst layer for fuel cell, electrode, membrane electrode assembly and fuel cell, and method for producing porous catalyst |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5826461B2 (ja) * | 2010-03-19 | 2015-12-02 | 国立大学法人横浜国立大学 | 酸素還元触媒 |
JP2011240242A (ja) * | 2010-05-18 | 2011-12-01 | Showa Denko Kk | 触媒、その製造方法およびその用途 |
JP5916528B2 (ja) * | 2011-06-24 | 2016-05-11 | 昭和電工株式会社 | インク、該インクを用いて形成される電極触媒層およびその用途 |
GB202003650D0 (en) * | 2020-03-13 | 2020-04-29 | Johnson Matthey Fuel Cells Ltd | Catalyst support |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003012375A (ja) * | 2001-06-29 | 2003-01-15 | Sumitomo Special Metals Co Ltd | セラミックス焼結体および磁気ヘッドスライダ |
JP3933523B2 (ja) * | 2002-05-23 | 2007-06-20 | 株式会社Neomax | 薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料 |
JP2006134603A (ja) * | 2004-11-02 | 2006-05-25 | Bridgestone Corp | 触媒構造体及びそれを用いた固体高分子型燃料電池用膜電極接合体 |
JP2007257888A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Allied Material Corp | 固体高分子形燃料電池用酸素極触媒およびそれを用いた酸素還元電極およびそれらの製造方法 |
JP4998984B2 (ja) * | 2006-10-26 | 2012-08-15 | 国立大学法人横浜国立大学 | 電極活物質及びそれを用いた正極用酸素還元電極 |
US8642495B2 (en) * | 2008-01-18 | 2014-02-04 | Showa Denko K.K. | Catalyst, production process therefor and use thereof |
EP2258475B1 (en) * | 2008-03-24 | 2016-11-02 | Showa Denko K.K. | Catalyst and manufacturing method and use therefor |
JP5475245B2 (ja) * | 2008-03-24 | 2014-04-16 | 昭和電工株式会社 | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 |
-
2009
- 2009-10-06 JP JP2010532918A patent/JP5539892B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2009-10-06 WO PCT/JP2009/067393 patent/WO2010041650A1/ja active Application Filing
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11296328B2 (en) | 2017-04-25 | 2022-04-05 | Environmental Science Institute, LTD | Porous catalyst, catalyst layer for fuel cell, electrode, membrane electrode assembly and fuel cell, and method for producing porous catalyst |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2010041650A1 (ja) | 2010-04-15 |
JP5539892B2 (ja) | 2014-07-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5462150B2 (ja) | 触媒及びその製造方法ならびにその用途 | |
JP5411123B2 (ja) | 燃料電池用触媒およびその製造方法ならびにその用途 | |
JP5495798B2 (ja) | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 | |
JP5578849B2 (ja) | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 | |
JP5475245B2 (ja) | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 | |
WO2010131636A1 (ja) | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 | |
JP5374387B2 (ja) | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 | |
JP5037696B2 (ja) | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 | |
JP5713891B2 (ja) | 触媒及びその製造方法ならびにその用途 | |
JP5539892B2 (ja) | 触媒およびその製造方法ならびにその用途 | |
JP5419864B2 (ja) | 燃料電池用触媒の製造方法および燃料電池用触媒 | |
JP5106342B2 (ja) | 触媒及びその製造方法ならびにその用途 | |
JP5757884B2 (ja) | 燃料電池用電極触媒の製造方法ならびにその用途 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120903 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140107 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140303 |
|
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: 20140408 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5539892 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140501 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |