WO2009104500A1 - 触媒用担体、触媒およびその製造方法 - Google Patents

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WO2009104500A1
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metal
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niobium
carbonitride
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門田　隆二
忠利 黒住
利一 獅々倉
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昭和電工株式会社
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a catalyst carrier, a catalyst, and a method for producing the same, and more particularly to a catalyst carrier comprising a metal carbonitride, a catalyst using the catalyst carrier, and a method for producing the catalyst.
  • Fuel cells are classified into various types according to the type of electrolyte and the type of electrode, and representative types include alkaline type, phosphoric acid type, molten carbonate type, solid electrolyte type, and solid polymer type.
  • a polymer electrolyte fuel cell that can operate at a low temperature (about ⁇ 40 ° C.) to about 120 ° C. attracts attention, and in recent years, development and practical application as a low-pollution power source for automobiles is progressing.
  • a vehicle driving source and a stationary power source are being studied. In order to be applied to these uses, durability over a long period of time is required.
  • a polymer solid electrolyte is sandwiched between an anode and a cathode, fuel is supplied to the anode, oxygen or air is supplied to the cathode, and oxygen is reduced at the cathode to extract electricity.
  • Hydrogen or methanol is mainly used as the fuel.
  • the fuel cell cathode (air electrode) surface or anode (fuel electrode) surface has a layer containing a catalyst (hereinafter referred to as “for fuel cell”). Also referred to as “catalyst layer”).
  • a noble metal is generally used, and platinum which is stable at a high potential and has a high activity among the noble metals has been mainly used.
  • carbon has been used as a carrier for supporting the catalytic metal.
  • This carrier carbon cannot increase its catalytic ability unless its specific surface area is increased. Therefore, it is necessary to reduce the particle size of the carrier carbon. However, there is a technical limit in reducing the particle size of the carrier carbon, and a catalyst using the carrier carbon cannot ensure sufficient catalytic ability.
  • the support carbon since the carbon has low heat resistance and the reaction proceeds in the fuel cell, the support carbon is corroded and disappears, so that the catalyst metal particles such as Pt supported on the support carbon are released from the support and the catalyst metal is aggregated. As a result, the effective area is reduced and the battery capacity is also reduced.
  • Patent Document 1 a fuel cell electrode catalyst layer in which the support carbon is heat-treated at a high temperature to enhance corrosion resistance has been proposed.
  • An object of the present invention is to solve such problems in the prior art, and the object of the present invention is a catalyst carrier that is excellent in durability and can achieve high catalytic performance without increasing the specific surface area. And a catalyst using the catalyst carrier, and a method for producing the catalyst.
  • the present inventors have found that the catalyst carrier made of metal carbonitride oxide has excellent durability and high catalytic ability without increasing the specific surface area. It has been found that it can be realized, and the present invention has been completed.
  • the present invention relates to the following (1) to (9), for example.
  • a catalyst carrier comprising a metal carbonitride.
  • the metal carbonitride oxide is niobium, tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, At least one selected from the group consisting of silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium and nickel
  • the catalyst carrier according to (1) which is a seed metal.
  • composition formula of the metal oxycarbonitride is MC x N y O z (where M is niobium, tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, Cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, Represents at least one metal selected from the group consisting of lutetium and nickel, and x, y and z each represent a ratio of the number of atoms, 0.01 ⁇ x ⁇ 2, 0.01 ⁇
  • a catalyst comprising the catalyst carrier according to any one of (4) and a catalyst metal supported on the catalyst carrier.
  • the catalyst carrier of the present invention has excellent heat resistance and can achieve high catalytic performance without increasing the specific surface area.
  • 2 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (1) of Example 1.
  • 2 is a graph showing an evaluation of the oxygen reducing ability of a fuel cell electrode (1) in Example 1.
  • FIG. 2 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (2) of Example 2.
  • 6 is a graph showing an evaluation of the oxygen reducing ability of a fuel cell electrode (2) in Example 2.
  • FIG. 5 is a graph showing an evaluation of the oxygen reducing ability of a fuel cell electrode (3) of Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a graph showing an evaluation of the oxygen reducing ability of a fuel cell electrode (4) of Comparative Example 2.
  • FIG. 4 is a SEM photograph of platinum-supported carbon in which platinum is supported on a carbon support in Comparative Example 1.
  • 2 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (5) of Example 3.
  • 6 is a graph showing an evaluation of the oxygen reducing ability of a fuel cell electrode (5) in Example 3.
  • FIG. 4 is an SEM photograph of a platinum-supported carrier in which platinum is supported on a niobium carbonitride oxide carrier in Example 1.
  • FIG. 4 is a SEM photograph of platinum-supported carbon in which platinum is supported on a carbon support in Comparative Example 1.
  • 2 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (5) of Example 3.
  • 6 is a graph showing an evaluation of the oxygen reducing ability of a fuel cell electrode (5) in Example 3.
  • FIG. 4 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (6) of Example 4.
  • 6 is a graph showing an evaluation of the oxygen reducing ability of a fuel cell electrode (6) in Example 4.
  • FIG. 2 is a powder X-ray diffraction spectrum of the catalyst (7) of Example 5.
  • 6 is a graph showing an evaluation of the oxygen reducing ability of a fuel cell electrode (7) in Example 5.
  • the catalyst carrier of the present invention is characterized by comprising a metal carbonitride.
  • the metal of the metal carbonitride is niobium, tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, At least one selected from the group consisting of silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium and nickel (Hereinafter also referred to as “metal M”).
  • the catalyst carrier made of the metal oxycarbonitride is particularly excellent in durability, and can achieve high catalytic performance without increasing the specific surface area.
  • niobium is particularly preferable.
  • the metal niobium, tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium , Palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium and nickel (hereinafter " It is also preferable to use in combination with “metal M ′”.
  • composition formula of the metal oxycarbonitride is generally represented by MC x N y O z .
  • M is niobium, tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium,
  • X, y and z each represent a ratio of the number of atoms, and 0.01 ⁇ x ⁇
  • the composition formula of the metal oxycarbonitride is represented by NbC x N y O z .
  • x, y, and z represent the ratio of the number of atoms, respectively
  • x, y, and z represent the ratio of the number of atoms, respectively, 0.01 ⁇ x ⁇ 2, 0.01 ⁇ y ⁇ 2, 0 .01 ⁇ z ⁇ 3 and x + y + z ⁇ 5.
  • the metal of the metal carbonitride is niobium, tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium.
  • the composition formula of the metal carbonitrous oxide is represented by Nb a M ′ b C x N y O z .
  • M ′ is tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, silver, iridium, palladium.
  • Represents at least one metal selected from the group consisting of yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium and nickel; a, b, x, y and z each represent a ratio of the number of atoms, and when defined as a + b 1, 0.01 ⁇ a ⁇ 1, 0 ⁇ b ⁇ 0.99, 0.01 ⁇ x ⁇ 2 0.01 ⁇ y ⁇ 2, 0.01 ⁇ z ⁇ 3, and x + y + z ⁇ 5.
  • the ratio of each element is within the above range, the oxygen reduction potential tends to increase, which is preferable.
  • the average particle size of the catalyst carrier of the present invention can be, for example, 10 to 2000 nm, and preferably 10 to 1000 nm. This average particle diameter is a numerical value obtained by the BET method.
  • the catalyst carrier of the present invention has a sufficiently high catalytic ability even if the particle size is in the above range.
  • the average particle size must be about 10 to 100 nm in order to increase the specific surface area.
  • the catalyst carrier made of the metal oxycarbonitride of the present invention can ensure a sufficiently large catalytic ability without reducing the particle size.
  • a diffraction line peak means a peak obtained with a specific diffraction angle and diffraction intensity when a sample (crystalline) is irradiated with X-rays at various angles.
  • a signal that can be detected with a signal (S) to noise (N) ratio (S / N) of 2 or more is regarded as one diffraction line peak.
  • the noise (N) is the width of the baseline.
  • X-ray diffraction measurement apparatus for example, a powder X-ray analysis apparatus: Rigaku RAD-RX can be used.
  • the measurement conditions are X-ray output (Cu-K ⁇ ): 50 kV, 180 mA, scanning axis : ⁇ / 2 ⁇ , measurement range (2 ⁇ ): 10 ° to 89.98 °, measurement mode: FT, reading width: 0.02 °, sampling time: 0.70 seconds, DS, SS, RS: 0.5 ° 0.5 °, 0.15 mm, Gonometer radius: 185 mm.
  • the method for producing the catalyst carrier is not particularly limited, and examples thereof include a production method including a step of obtaining a metal carbonitride by heat-treating metal carbonitride in an inert gas containing oxygen.
  • the catalyst carrier is made of a metal carbonitride containing metal M
  • metal M is contained by heat-treating metal carbonitride containing metal M in an inert gas containing oxygen.
  • the manufacturing method including the process of obtaining the metal carbonitrous oxide to perform is mentioned.
  • the metal carbonitride containing niobium and metal M ′ is heat-treated in an inert gas containing oxygen.
  • the manufacturing method including the process of obtaining the metal carbonitrous oxide containing niobium and metal M 'is mentioned.
  • a method for obtaining a metal carbonitride a method (i) for producing a metal carbonitride by heat-treating a mixture of a metal oxide and carbon in a nitrogen atmosphere, a metal carbide, a metal oxide or metal And a method (ii) of producing a metal carbonitride by heat-treating a mixture of nitrides in a nitrogen atmosphere or the like.
  • a method of obtaining a metal carbonitride containing metal M a method of producing metal carbonitride by heat-treating a mixture of metal M oxide and carbon in a nitrogen atmosphere (I), oxidation of metal M , A method of producing metal carbonitride by heat-treating a mixture of metal M carbide and metal M nitride in a nitrogen atmosphere, etc., and a compound containing metal M in a nitrogen atmosphere, etc. (III) etc. which manufacture a metal carbonitride by heat-processing by this.
  • a method for obtaining a metal carbonitride containing niobium and a metal M ′ a method for producing a metal carbonitride by heat-treating a mixture of an oxide of metal M ′, niobium oxide and carbon in a nitrogen atmosphere.
  • the production of metal oxynitride whose metal is niobium, zirconium, titanium or the like can also be performed according to this production method.
  • Manufacturing process of metal carbonitride ⁇ Production process of metal oxynitride whose metal is metal M> [Production Method (I)]
  • the production method (I) is a method for producing a metal carbonitride by heat-treating a mixture of the metal M oxide and carbon in a nitrogen atmosphere.
  • the temperature of the heat treatment for producing the metal carbonitride is in the range of 600 ° C. to 1800 ° C., preferably in the range of 800 to 1600 ° C.
  • the heat treatment temperature is within the above range, it is preferable in terms of good crystallinity and uniformity. If the heat treatment temperature is less than 600 ° C., the crystallinity is poor and the uniformity tends to be poor, and if it is higher than 1800 ° C., it tends to be sintered.
  • Examples of the oxide of metal M which is a raw material, include niobium oxide, tin oxide, indium oxide, platinum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, copper oxide, iron oxide, tungsten oxide, chromium oxide, molybdenum oxide, hafnium oxide, titanium oxide, Vanadium oxide, cobalt oxide, manganese oxide, cerium oxide, mercury oxide, plutonium oxide, gold oxide, silver oxide, iridium oxide, palladium oxide, yttrium oxide, ruthenium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide, promethium oxide Samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, holmium oxide, erbium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, nickel oxide and the like.
  • One or more kinds of metal M oxides can be used.
  • the raw material carbon examples include carbon, carbon black, graphite, graphite, activated carbon, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, and fullerene. It is preferable that the particle size of the carbon powder is small because the specific surface area is increased and the reaction with the oxide is facilitated.
  • carbon black specific surface area: 100 to 300 m 2 / g, such as XC-72 manufactured by Cabot is preferably used.
  • the catalyst obtained from the metal carbonitride obtained by heat-treating the metal carbonitride obtained from the metal M oxide and carbon in an inert gas containing oxygen is oxygen
  • the reduction initiation potential is high and active.
  • An appropriate metal carbonitride can be obtained by controlling the amount (molar ratio) of the metal M oxide and carbon.
  • the blending amount (molar ratio) is usually 1 to 10 moles, preferably 2 to 6 moles of carbon with respect to 1 mole of metal M.
  • a metal carbonitride produced at a blending molar ratio that satisfies the above range is used, a metal carbonitride that has a high oxygen reduction initiation potential and can produce an active catalyst tends to be obtained.
  • the production method (II) is a method for producing a metal carbonitride by heat-treating a mixture of a metal M oxide, a metal M carbide and a metal M nitride in a nitrogen atmosphere or the like.
  • the temperature of the heat treatment for producing the metal carbonitride is the same as in the production method (I).
  • the raw material metal M oxide is the same as the metal M oxide mentioned in the production method (I).
  • the carbide of the raw material metal M includes niobium carbide, tin carbide, indium carbide, platinum carbide, tantalum carbide, zirconium carbide, copper carbide, iron carbide, tungsten carbide, chromium carbide, molybdenum carbide, hafnium carbide, titanium carbide, vanadium carbide.
  • Cobalt carbide manganese carbide, cerium carbide, mercury carbide, plutonium carbide, gold carbide, silver carbide, iridium carbide, palladium carbide, yttrium carbide, ruthenium carbide, lanthanum carbide, cerium carbide, praseodymium carbide, neodymium carbide, promethium carbide, carbonization Examples include samarium, europium carbide, gadolinium carbide, terbium carbide, dysprosium carbide, holmium carbide, erbium carbide, thulium carbide, ytterbium carbide, lutetium carbide, nickel carbide, and the like.
  • One or more kinds of carbides of the metal M can be used.
  • metal M nitride examples include niobium nitride, tin nitride, indium nitride, platinum nitride, tantalum nitride, zirconium nitride, copper nitride, iron nitride, tungsten nitride, chromium nitride, molybdenum nitride, hafnium nitride, titanium nitride, and nitride.
  • metal carbonitride obtained by heat-treating metal carbonitride obtained from metal M oxide, metal M carbide and metal M nitride in an inert gas containing oxygen A catalyst obtained from an oxide has a high oxygen reduction initiation potential and is active.
  • the blending amount (molar ratio) is usually 0.01 to 500 moles of carbide of metal M and 0.01 to 50 moles of oxide of metal M with respect to 1 mole of nitride of metal M. Is 0.1 to 300 mol of metal M carbide and 0.01 to 30 mol of metal M oxide with respect to 1 mol of metal M nitride.
  • the metal carbonitride can be produced in the same manner as described above.
  • Production method (III) is a method for producing a metal carbonitride by heat-treating a compound containing metal M in a nitrogen atmosphere or the like.
  • the temperature of the heat treatment for producing the metal carbonitride is the same as in the production method (I).
  • Compounds containing metal M which is a raw material, are niobium, tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold Organic salts such as silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium or nickel, carbonates , Chlorides, organic complexes, carbides, nitrides and the like. One or more compounds containing the metal M can be used.
  • the catalyst obtained from the metal carbonitride obtained by heat-treating the metal carbonitride obtained from the compound containing the metal M in an inert gas containing oxygen is oxygen reduction. High onset potential and active.
  • metal carbonitride can be produced in the same manner as described above.
  • ⁇ Manufacturing process of metal oxynitride whose metal is niobium and metal M> [Production Method (I ′)]
  • the production method (I ′) is a method for producing a metal carbonitride by heat-treating a mixture of the metal M ′ oxide, niobium oxide and carbon in a nitrogen atmosphere.
  • the temperature of the heat treatment when producing the metal carbonitride is in the range of 600 to 1800 ° C., preferably in the range of 800 to 1600 ° C.
  • the heat treatment temperature is within the above range, it is preferable in terms of good crystallinity and uniformity. If the heat treatment temperature is less than 600 ° C., the crystallinity is poor and the uniformity tends to be poor, and if it is higher than 1800 ° C., it tends to be sintered.
  • metal M ′ oxide examples include tin oxide, indium oxide, platinum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, copper oxide, iron oxide, tungsten oxide, chromium oxide, molybdenum oxide, hafnium oxide, titanium oxide, vanadium oxide, Cobalt oxide, manganese oxide, cerium oxide, mercury oxide, plutonium oxide, gold oxide, silver oxide, iridium oxide, palladium oxide, yttrium oxide, ruthenium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, praseodymium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide , Europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, holmium oxide, erbium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide and nickel oxide.
  • metal M ′ oxides can be used.
  • Examples of the raw material niobium oxide include NbO, NbO 2 and Nb 2 O 5 .
  • the raw material carbon examples include carbon, carbon black, graphite, graphite, activated carbon, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, and fullerene. It is preferable that the particle size of the carbon powder is small because the specific surface area is increased and the reaction with the oxide is facilitated.
  • carbon black specific surface area: 100 to 300 m 2 / g, such as XC-72 manufactured by Cabot is preferably used.
  • the raw material there are no particular restrictions on the raw material. Whichever raw material is used, it is obtained from a metal carbonitride obtained by heat-treating a metal carbonitride obtained from an oxide of metal M ′, niobium oxide and carbon in an inert gas containing oxygen.
  • the catalyst has a high oxygen reduction initiation potential and is active.
  • the compounding amount (molar ratio) is usually 0.005 to 200 mol of the metal M ′ oxide and 1 to 1000 mol of carbon, preferably 1 mol of niobium oxide, with respect to 1 mol of niobium oxide.
  • the metal M ′ oxide is 0.01 to 200 mol and the carbon is 2 to 600 mol.
  • the production method (II ′) is a method for producing a metal carbonitride by heat-treating a mixture of an oxide of metal M ′, niobium carbide and niobium nitride in a nitrogen atmosphere or the like.
  • the temperature of the heat treatment in producing the metal carbonitride is the same as that in the production method (I ′).
  • the raw material metal M ′ oxide is the same as the metal M ′ oxide mentioned in the production method (I ′).
  • NbC etc. are mentioned as a raw material niobium carbide.
  • Examples of the raw material niobium nitride include NbN.
  • the metal carbonitride obtained from the metal M ′ oxide, niobium carbide and niobium nitride is obtained from the metal carbonitride oxide obtained by heat treatment in an inert gas containing oxygen.
  • the resulting catalyst has a high oxygen reduction initiation potential and is active.
  • the amount (molar ratio) of the metal M ′ oxide, niobium carbide and niobium nitride By controlling the amount (molar ratio) of the metal M ′ oxide, niobium carbide and niobium nitride, an appropriate metal carbonitride can be obtained.
  • the blending amount (molar ratio) is usually 0.01 to 500 moles of niobium carbide and 0.01 to 50 moles of metal M ′ oxide with respect to 1 mole of niobium nitride, preferably niobium nitride.
  • the amount of niobium carbide is 0.1 to 300 mol
  • the metal M ′ oxide is 0.02 to 30 mol with respect to 1 mol.
  • the production method (III ′) is a method for producing a metal carbonitride by heat-treating a mixture of an oxide of metal M ′, niobium carbide, niobium nitride and niobium oxide in a nitrogen atmosphere or the like.
  • the temperature of the heat treatment in producing the metal carbonitride is the same as that in the production method (I ′).
  • the raw material metal M ′ oxide is the same as the metal M ′ oxide mentioned in the production method (I ′).
  • NbC etc. are mentioned as a raw material niobium carbide.
  • Examples of the raw material niobium nitride include NbN.
  • Examples of the raw material niobium oxide include NbO, NbO 2 and Nb 2 O 5 .
  • the raw material There are no particular restrictions on the raw material. Whichever raw material is used, metal carbonitriding obtained by heat-treating metal carbonitride obtained from oxide of metal M ′, niobium carbide, niobium nitride and niobium oxide in an inert gas containing oxygen
  • the catalyst obtained from the product has a high oxygen reduction initiation potential and is active.
  • the amount (molar ratio) of the metal M ′ oxide, niobium carbide, niobium nitride and niobium oxide By controlling the amount (molar ratio) of the metal M ′ oxide, niobium carbide, niobium nitride and niobium oxide, an appropriate metal carbonitride can be obtained.
  • the blending amount (molar ratio) is usually 0.01 to 500 moles of niobium carbide and 0.01 to 50 moles of the metal M ′ oxide and niobium oxide with respect to 1 mole of niobium nitride.
  • the amount of niobium carbide is 0.1 to 300 mol and the total amount of the metal M ′ oxide and niobium oxide is 0.02 to 30 mol with respect to 1 mol of niobium nitride.
  • the production method (IV ′) is a method for producing a metal carbonitride by heat-treating a mixture of a compound containing a metal M ′ and a compound containing niobium in a nitrogen atmosphere or the like.
  • the temperature of the heat treatment in producing the metal carbonitride is the same as that in the production method (I ′).
  • Examples of the compound containing the metal M ′ as a raw material include tin, indium, platinum, tantalum, zirconium, copper, iron, tungsten, chromium, molybdenum, hafnium, titanium, vanadium, cobalt, manganese, cerium, mercury, plutonium, gold, Organic salts such as silver, iridium, palladium, yttrium, ruthenium, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium or nickel, carbonates, Examples include chlorides, organic complexes, carbides, and nitrides. One or more compounds containing the metal M ′ can be used.
  • niobium-containing compounds examples include niobium organic acid salts, carbonates, chlorides, organic complexes, carbides, and nitrides.
  • One or more compounds containing niobium can be used.
  • a metal carbonitride in which the metal is niobium and metal M can be produced in the same manner as described above.
  • an appropriate metal carbonitride By controlling the amount (molar ratio) of the compound containing metal M ′ and the compound containing niobium, an appropriate metal carbonitride can be obtained.
  • the compounding amount (molar ratio) is usually 0.005 to 500 moles of the compound containing niobium with respect to 1 mole of the compound containing metal M ′, and preferably the compound 1 containing metal M ′.
  • the compound containing niobium is 0.01 to 300 mol with respect to mol.
  • inert gas examples include nitrogen, helium gas, neon gas, argon gas, krypton gas, xenon gas, and radon gas. Nitrogen gas and argon gas are particularly preferable because they are relatively easily available.
  • the oxygen concentration in the step depends on the heat treatment time and the heat treatment temperature, but is preferably 0.1 to 10% by volume, particularly preferably 0.5 to 5% by volume.
  • the oxygen concentration is within the above range, it is preferable in that a uniform carbonitride oxide is formed. Further, when the oxygen concentration is less than 0.1% by volume, it tends to be in an unoxidized state, and when it exceeds 10% by volume, oxidation tends to proceed excessively.
  • hydrogen gas is contained in the inert gas in a range of 5% by volume or less.
  • the hydrogen gas content is more preferably 0.01 to 4% by volume, still more preferably 0.1 to 4% by volume.
  • the capacity% in the present invention is a value in a standard state.
  • the temperature of the heat treatment in this step is usually in the range of 400 to 1400 ° C., preferably in the range of 600 to 1200 ° C. When the heat treatment temperature is within the above range, it is preferable in that a uniform metal oxynitride is formed. When the heat treatment temperature is less than 400 ° C., oxidation tends not to proceed, and when it exceeds 1400 ° C., oxidation proceeds and crystal growth tends to occur.
  • a ground leveling method As the heat treatment method in the process, a ground leveling method, a stirring method, a dropping method, a powder trapping method and the like can be mentioned.
  • an inert gas containing a small amount of oxygen flows through an induction furnace, the furnace is heated to a predetermined heat treatment temperature, and after maintaining a thermal equilibrium at the temperature, the furnace is heated in a crucible that is a heating area of the furnace.
  • the metal carbonitride is dropped and heat-treated.
  • the dropping method is preferable in that aggregation and growth of metal carbonitride particles can be suppressed to a minimum.
  • the powder trapping method captures metal carbonitride in a vertical tubular furnace maintained at a prescribed heat treatment temperature by suspending the metal carbonitride in the atmosphere of an inert gas containing a small amount of oxygen. This is a heat treatment method.
  • the heat treatment time of the metal carbonitride is usually 0.5 to 10 minutes, preferably 0.5 to 3 minutes. It is preferable that the heat treatment time be within the above range because a uniform metal oxycarbonitride tends to be formed. If the heat treatment time is less than 0.5 minutes, metal oxycarbonitride tends to be partially formed, and if it exceeds 10 minutes, oxidation tends to proceed excessively.
  • the heat treatment time of the metal carbonitride is 0.2 second to 1 minute, preferably 0.2 to 10 seconds. It is preferable that the heat treatment time be within the above range because a uniform metal oxycarbonitride tends to be formed. If the heat treatment time is less than 0.2 seconds, metal oxycarbonitride tends to be partially formed, and if it exceeds 1 minute, oxidation tends to proceed excessively.
  • the heat treatment time of the metal carbonitride is 0.1 to 10 hours, preferably 0.5 to 5 hours. It is preferable that the heat treatment time be within the above range because a uniform metal oxycarbonitride tends to be formed. If the heat treatment time is less than 0.1 hour, metal oxycarbonitride tends to be partially formed, and if it exceeds 10 hours, oxidation tends to proceed excessively.
  • the metal oxynitride obtained by the above-described production method or the like may be used as it is, but the obtained metal oxynitride is further crushed to obtain a finer You may use what was made into powder.
  • Examples of the method for crushing the metal carbonitride oxide include a roll rolling mill, a ball mill, a medium agitation mill, an airflow crusher, a mortar, a method using a tank disintegrator, and the like.
  • the method using an airflow pulverizer is preferable, and the method using a mortar is preferable from the viewpoint that a small amount of processing is easy.
  • the catalyst of the present invention comprises the catalyst carrier and a catalyst metal supported on the catalyst carrier.
  • the metal catalyst is not particularly limited, and a known catalyst metal can be used, and examples thereof include Pt, Ir, Ag, Pd, and Ru. These catalyst metals may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among these, Pt is preferable because of its high mass activity.
  • the catalyst metal supported on the catalyst carrier is usually metal particles.
  • the average particle size of the metal particles is preferably 1 to 20 nm, more preferably 1 to 10 nm. This average particle diameter is a numerical value obtained by the BET method. When the average particle diameter of the metal particles is within the above range, there is an advantage that the catalytic activity is increased.
  • the mass ratio (catalyst support: catalyst metal) of the catalyst support and the supported catalyst metal in the catalyst of the present invention is, for example, 100: 0.01 to 100: 70, preferably 100: 0.1 to 100: 60.
  • the catalyst of the present invention preferably has an oxygen reduction initiation potential measured according to the following measurement method (A) of 0.5 V (vs. NHE) or more based on the reversible hydrogen electrode.
  • A oxygen reduction initiation potential measured according to the following measurement method (A) of 0.5 V (vs. NHE) or more based on the reversible hydrogen electrode.
  • carbon carbon black (specific surface area: 100 to 300 m 2 / g) (for example, XC-72 manufactured by Cabot) is used, and the catalyst and carbon are dispersed so that the weight ratio is 95: 5.
  • the obtained electrode refer to a reversible hydrogen electrode in a sulfuric acid solution of the same concentration at a temperature of 30 ° C. in a 0.5 mol / dm 3 sulfuric acid solution in an oxygen atmosphere and a nitrogen atmosphere.
  • the current-potential curve was measured by polarizing the electrode at a potential scanning speed of 5 mV / sec, there was a difference of 0.2 ⁇ A / cm 2 or more between the reduction current in the oxygen atmosphere and the reduction current in the nitrogen atmosphere.
  • the potential at which it begins to appear is defined as the oxygen reduction start potential.
  • the oxygen reduction starting potential is less than 0.7 V (vs.
  • the oxygen reduction starting potential is preferably 0.85 V (vs. NHE) or more in order to suitably reduce oxygen. Further, the oxygen reduction starting potential is preferably as high as possible. Although there is no particular upper limit, the theoretical value is 1.23 V (vs. NHE).
  • the fuel cell catalyst layer of the present invention formed using the above catalyst is preferably used at a potential of 0.4 V (vs. NHE) or more in the acidic electrolyte, and the upper limit of the potential depends on the stability of the electrode. It can be used up to approximately 1.23 V (vs. NHE), which is the potential at which oxygen is generated.
  • the catalyst of the present invention can be produced by supporting a catalyst metal on the catalyst carrier.
  • the method for supporting the catalyst metal on the catalyst carrier is not particularly limited as long as the catalyst metal can be supported so that it can be practically used, but a method of supporting the catalyst metal using a catalyst precursor is preferable.
  • the catalyst precursor is a substance that can become the catalyst metal by a predetermined treatment, and refers to chloroplatinic acid, iridium chloride, silver nitrate, palladium chloride, and the like.
  • the method for supporting the catalyst precursor on the catalyst carrier is not particularly limited, and a method using a conventionally known catalyst metal supporting technology can be used.
  • a method comprising a step of dispersing a catalyst carrier in a catalyst precursor solution and evaporating it to dryness, followed by a step of applying a heat treatment, and (2) a catalyst carrier in a catalyst precursor colloid solution.
  • a method comprising a step of dispersing and adsorbing a catalyst precursor colloid on a catalyst carrier to thereby support the catalyst metal on the catalyst carrier; and (3) including one or more metal compounds as raw materials for the catalyst precursor.
  • the method (1) it is preferable to use the method (1) in that the catalyst metal can be supported in a highly dispersed manner on the surface of the catalyst carrier and a desired catalyst can be obtained.
  • any catalyst metal as described above may be used as long as it can be generated through the above-described steps (remaining after the heat treatment).
  • chloroplatinic acid aqueous solution iridium chloride, silver nitrate, chloride
  • palladium etc. are mentioned, it should not be limited to these at all.
  • the content of the catalyst precursor in the catalyst precursor solution is not particularly limited, and may be any saturation concentration or less. However, since it is necessary to adjust the above steps repeatedly until the desired loading amount is reached at a low concentration, the necessary concentration is appropriately determined.
  • the content of the catalyst precursor in the catalyst precursor solution is about 0.01 to 50% by mass, but is not limited thereto.
  • the liquid in which the catalyst carrier is suspended in distilled water is placed on a hot plate, and the liquid temperature is maintained at 80 ° C. while stirring.
  • An aqueous chloroplatinic acid solution prepared in advance is slowly added to the suspension over 30 minutes. After completion of the dropwise addition, the mixture is stirred as it is at 80 ° C. for 2 hours.
  • an aqueous formaldehyde solution (commercial product: 37% by mass) is slowly added to the suspension. After the addition is complete, stir at 80 ° C. for 1 hour.
  • the suspension is cooled and filtered.
  • the filtered crystal is heated at 400 ° C. under a nitrogen stream for 2 hours to obtain a platinum-supported carrier as the catalyst of the present application.
  • the catalyst carrier and chloroplatinic acid are well suspended in water and after filtration, the filtered solid is dried at room temperature. This is dried with a dryer at 120 ° C. for 12 hours, and then heated to 350 ° C. while flowing hydrogen and reduced for 2 hours to obtain the platinum-supported carrier as the catalyst of the present application.
  • the catalyst of the present invention can be used as, for example, a fuel cell catalyst, an exhaust gas treatment catalyst, or an organic synthesis catalyst. As described above, the catalyst of the present invention is particularly suitable for a fuel cell catalyst because it can ensure a sufficiently large catalytic ability without reducing the particle size and is excellent in heat resistance.
  • a catalyst layer for a fuel cell can be formed by the catalyst of the present invention.
  • the fuel cell catalyst layer includes an anode catalyst layer and a cathode catalyst layer, and the catalyst can be used for both.
  • the catalyst layer for a fuel cell of the present invention includes a catalyst layer (catalyst catalyst for cathode) provided on the cathode of a fuel cell because it contains a catalyst having high oxygen reducing ability and hardly corroded even in a high potential in an acidic electrolyte. Layer).
  • it is suitably used for a catalyst layer provided on the cathode of a membrane electrode assembly provided in a polymer electrolyte fuel cell.
  • the number of diffraction line peaks in powder X-ray diffraction of each sample was counted by regarding a signal that can be detected with a ratio (S / N) of signal (S) to noise (N) of 2 or more as one peak.
  • the noise (N) is the width of the baseline.
  • Nitrogen / oxygen About 0.1 g of a sample was weighed and sealed in Ni-Cup, and then measured with an ON analyzer.
  • Niobium About 0.1 g of a sample was weighed on a platinum dish, and nitric acid-hydrofluoric acid was added for thermal decomposition. This thermally decomposed product was fixed, diluted, and quantified by ICP-MS.
  • Example 1 Preparation of catalyst carrier 4.96 g (81 mmol) of niobium carbide, 1.25 g (10 mmol) of niobium oxide, and 0.54 g (5 mmol) of niobium nitride are mixed well and heated in a nitrogen atmosphere at 1600 ° C. for 3 hours. As a result, 2.70 g of niobium carbonitride was obtained. Since it became a sintered body, it was pulverized with a ball mill.
  • Niobium carbonitride oxide (hereinafter referred to as “catalyst support”) was heated by heating 1.05 g of the obtained niobium carbonitride at 800 ° C. for 1 hour in a tubular furnace while flowing an argon gas containing 1% by volume of oxygen gas. (Also referred to as (1).) 1.12 g was obtained.
  • Table 1 shows the results of elemental analysis of the catalyst carrier (1).
  • FIG. 10 shows an SEM photograph of a platinum-carrying carrier cage in which platinum is carried on a niobium carbonitride oxide carrier.
  • Nafion DuPont 5% Nafion solution (DE521)
  • the prepared fuel cell electrode (1) was polarized in an oxygen atmosphere and a nitrogen atmosphere in a 0.5 mol / dm 3 sulfuric acid solution at 30 ° C. and a potential scanning rate of 5 mV / sec, and a current-potential curve was obtained. It was measured. At that time, a reversible hydrogen electrode in a sulfuric acid solution having the same concentration was used as a reference electrode.
  • the potential at which a difference of 0.2 ⁇ A / cm 2 or more appears between the reduction current in the oxygen atmosphere and the reduction current in the nitrogen atmosphere was defined as the oxygen reduction start potential, and the difference between the two was defined as the oxygen reduction current.
  • the catalytic ability (oxygen reducing ability) of the fuel cell electrode (1) produced by this oxygen reduction starting potential and oxygen reducing current was evaluated.
  • FIG. 3 shows a current-potential curve obtained by the above measurement.
  • Example 1 It was found that the fuel cell electrode (1) produced in Example 1 had an oxygen reduction starting potential of 0.98 V (vs. NHE) and high oxygen reducing ability.
  • Example 2 Preparation of catalyst (2.5wt% platinum catalyst synthesis method) 0.975 g of niobium oxycarbonitride prepared in Example 1 (use pulverized product: particle size 100 nm) was added to 100 ml of distilled water and shaken with an ultrasonic cleaner for 30 minutes. This suspension was placed on a hot plate, and the temperature of the liquid was instructed to 80 ° C. while stirring. To this suspension was added sodium carbonate (0.043 g).
  • Electrode for fuel cell A catalyst (2) 0.095g and carbon (Cabot XC-72) 0.005g were mixed in 10g of isopropyl alcohol: pure water 2: 1 weight ratio, and ultrasonically Stir, suspend and mix. 30 ⁇ l of this mixture was applied to a glassy carbon electrode (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd., diameter: 5.2 mm) and dried at 120 ° C. for 1 hour. Further, 10 ⁇ l of Nafion (DuPont 5% Nafion solution (DE521)) diluted 10 times with pure water was applied and dried at 120 ° C. for 1 hour to obtain a fuel cell electrode (2).
  • Nafion DuPont 5% Nafion solution (DE521)
  • the prepared fuel cell electrode (2) was polarized in an oxygen atmosphere and a nitrogen atmosphere in a 0.5 mol / dm 3 sulfuric acid solution at 30 ° C. and a potential scanning rate of 5 mV / sec, and a current-potential curve was obtained. It was measured. At that time, a reversible hydrogen electrode in a sulfuric acid solution having the same concentration was used as a reference electrode.
  • the potential at which a difference of 0.2 ⁇ A / cm 2 or more appears between the reduction current in the oxygen atmosphere and the reduction current in the nitrogen atmosphere was defined as the oxygen reduction start potential, and the difference between the two was defined as the oxygen reduction current.
  • the catalytic ability (oxygen reducing ability) of the fuel cell electrode (2) produced by this oxygen reduction starting potential and oxygen reducing current was evaluated.
  • FIG. 5 shows a current-potential curve obtained by the above measurement.
  • the electrode for fuel cell (2) produced in Example 2 has an oxygen reduction starting potential of 0.95 V (vs. NHE) and was found to have a high oxygen reducing ability.
  • FIG. 6 shows a current-potential curve obtained by the same measurement as in the example.
  • FIG. 11 shows an SEM photograph of platinum-supported carbon in which platinum is supported on a carbon support.
  • FIG. 7 shows a current-potential curve obtained by the same measurement as in the example.
  • the electrode for fuel cell (4) produced in Comparative Example 2 has an oxygen reduction starting potential of 0.87 V (vs. NHE), and it was found that the potential for platinum support is not very high.
  • FIG. 8 shows the current-potential curves obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 are superimposed.
  • A shows the current-potential curve obtained in Example 1 using 10% Pt / NbCNO
  • B shows the current obtained in Example 2 using 2.5% Pt / NbCNO.
  • C shows the current-potential curve obtained in Comparative Example 1 with 55.8% Pt / C
  • D shows in Comparative Example 2 with 1% Pt / C.
  • a current-potential curve is shown.
  • FIG. 9 shows a comparison of current densities at 0.85 V between platinum-supported NbCNO and platinum-supported carbon obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.
  • A shows a straight line obtained from the measurement using platinum-supported NbCNO
  • B shows a straight line obtained from the measurement using platinum-supporting carbon.
  • [Example 3] 1. Preparation of catalyst carrier 5.88 g (56 mmol) of niobium carbide, 0.87 g (5 mmol) of iron acetate and 5.14 g (48 mmol) of niobium nitride were mixed well and heated in a nitrogen atmosphere at 1600 ° C. for 3 hours. As a result, 10.89 g of carbonitride containing iron and niobium was obtained. Since it became a sintered body, it was pulverized with a ball mill.
  • FIG. 12 shows the powder X-ray diffraction spectrum of the resulting catalyst carrier (5).
  • Table 3 shows the results of elemental analysis of the catalyst carrier (5).
  • a solution was prepared by dissolving 266 mg (0.513 mmol: 100 mg as the amount of platinum) of chloroplatinic acid (H2PtCl6 ⁇ 6H2O) in 50 ml of distilled water in advance. This solution was slowly added to the suspension over 30 minutes (the liquid temperature was maintained at 80 ° C.). After completion of dropping, the mixture was stirred at 80 ° C. for 2 hours.
  • chloroplatinic acid H2PtCl6 ⁇ 6H2O
  • FIG. 13 shows a current-potential curve obtained by the same measurement as in Example 1.
  • the fuel cell electrode (5) produced in Example 3 had an oxygen reduction starting potential of 1.01 V (vs. NHE) and was found to have a high oxygen reducing ability.
  • Example 4 1. Preparation of catalyst support Zirconium-containing carbonitride by thoroughly mixing 5.88 g (56 mmol) of zirconium carbide and 5.14 g (48 mmol) of zirconium nitride and heating in a nitrogen atmosphere at 1600 ° C. for 3 hours. 10.89 g was obtained. Since it became a sintered body, it was pulverized with a ball mill.
  • FIG. 14 shows a powder X-ray diffraction spectrum of the resulting catalyst carrier (6).
  • a solution was prepared by dissolving 266 mg (0.513 mmol: 100 mg as the amount of platinum) of chloroplatinic acid (H2PtCl6 ⁇ 6H2O) in 50 ml of distilled water in advance. This solution was slowly added to the suspension over 30 minutes (the liquid temperature was maintained at 80 ° C.). 80 ° C for 2 hours after dropping. And stirred.
  • FIG. 15 shows a current-potential curve obtained by the same measurement as in the example.
  • the fuel cell electrode (6) produced in Example 4 had an oxygen reduction starting potential of 0.98 V (vs. NHE) and was found to have a high oxygen reducing ability.
  • Example 5 1. Preparation of catalyst carrier Titanium carbide (TiC) 5.10 g (85 mmol), titanium oxide (TiO 2) 0.80 g (10 mmol), titanium nitride (TiN) 0.31 g (5 mmol) were mixed well at 1800 ° C. 3 By heating in a nitrogen atmosphere for a time, 5.73 g of titanium carbonitride was obtained. Since it became a sintered body, it was pulverized in an automatic mortar.
  • Titanium is contained by heating 1.00 g of the obtained carbonitride containing titanium in a tubular furnace at 1000 ° C. for 10 hours while flowing 4% hydrogen-containing nitrogen gas containing 1% by volume of oxygen gas. 1.31 g of carbonitride oxide (hereinafter also referred to as “catalyst support (7)”) was obtained.
  • FIG. 17 shows a current-potential curve obtained by the same measurement as in the example.
  • the fuel cell electrode (7) produced in Example 5 had an oxygen reduction starting potential of 1.00 V (vs. NHE) and was found to have a high oxygen reducing ability.
  • the catalyst carrier of the present invention is excellent in heat resistance and can realize high catalytic performance without increasing the specific surface area, and therefore can be suitably used for various catalysts, particularly fuel cell catalysts.

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Abstract

　本発明は、耐久性に優れ、比表面積を大きくしなくても高い触媒能を実現することのできる触媒用担体、およびその触媒用担体を用いた触媒を提供することを目的とする。本発明の触媒用担体は、金属炭窒酸化物からなり、好ましくは、前記金属炭窒酸化物に含まれる金属が、ニオブ、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムおよびニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種である。また、本発明の触媒は、前記触媒用担体と、該触媒用担体に担持された触媒金属とからなる。

Description

触媒用担体、触媒およびその製造方法
　本発明は触媒用担体、触媒およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、金属炭窒酸化物からなる触媒用担体、これを用いた触媒、およびその触媒の製造方法に関する。
　燃料電池は、電解質の種類や電極の種類により種々のタイプに分類され、代表的なものとしては、アルカリ型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型、固体高分子型がある。この中でも低温（－４０℃程度）から１２０℃程度で作動可能な固体高分子型燃料電池が注目を集め、近年、自動車用低公害動力源としての開発・実用化が進んでいる。固体高分子型燃料電池の用途としては、車両用駆動源や定置型電源が検討されている。これらの用途に適用されるためには、長期間に渡る耐久性が求められている。
　この高分子固体形燃料電池は、高分子固体電解質をアノードとカソードとで挟み、アノードに燃料を供給し、カソードに酸素または空気を供給して、カソードで酸素が還元されて電気を取り出す形式である。燃料には水素またはメタノールなどが主として用いられる。
　従来、燃料電池の反応速度を高め、燃料電池のエネルギー変換効率を高めるために、燃料電池のカソード（空気極）表面やアノード（燃料極）表面には、触媒を含む層（以下「燃料電池用触媒層」とも記す。）が設けられていた。
　この触媒として、一般的に貴金属が用いられており、貴金属の中でも高い電位で安定であり、活性が高い白金が主として用いられてきた。また、この触媒金属を担持する担体としては、従来カーボンが使用されていた。
　この担体カーボンは、その比表面積を大きくしないと触媒能を高くすることができず、そのため、担体カーボンの粒径を小さくする必要があった。しかし、担体カーボンの粒径を小さくすることには技術的な限界があり、担体カーボンを用いた触媒では、十分な触媒能を確保することができなかった。
　また、このカーボンは耐熱性が低く、燃料電池中で反応が進むと担体カーボンが腐食消失するので、担体カーボンに担持されていたＰｔ等の触媒金属粒子が担体から遊離し、触媒金属が凝集するという現象が起こり、その結果有効面積が低下し、電池能力が低下するという欠点もあった。
　この欠点を解消するため、担体カーボンを高温で熱処理をして腐食耐性を高めた燃料電池の電極触媒層が提案されている（特許文献１）。
　しかし、上記技術によっても、貴電位環境で腐食消失を受けるカーボン担体に直接白金等が担持されている構造であることには変わりないので、大幅に耐食性を改善するには至らなかった。
特開２００２－２７３２２４号公報
　本発明はこのような従来技術における問題点の解決を課題としており、本発明の目的は、耐久性に優れ、比表面積を大きくしなくても高い触媒能を実現することのできる触媒用担体、およびその触媒用担体を用いた触媒、ならびにその触媒の製造方法を提供することにある。
　本発明者らは、上記従来技術の問題点を解決すべく鋭意検討した結果、金属炭窒酸化物からなる触媒用担体が、耐久性に優れ、比表面積を大きくしなくても高い触媒能を実現することのできることを見出し、本発明を完成するに至った。
　本発明は、たとえば以下の（１）～（９）に関する。
　　（１）
　金属炭窒酸化物からなることを特徴とする触媒用担体。
　　（２）
　前記金属炭窒酸化物の金属が、ニオブ、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムおよびニッケルからなる群より選択された少なくとも１種の金属である（１）に記載の触媒用担体。
　　（３）
　　前記金属炭窒酸化物の金属がニオブである（１）に記載の触媒用担体。
　　（４）
前記金属炭窒酸化物の組成式がＭＣxＮyＯz（ただし、Ｍは、ニオブ、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムおよびニッケルからなる群より選択された少なくとも１種の金属を表し、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ原子数の比を表し、０．０１≦ｘ≦２、　０．０１≦ｙ≦２、０．０１≦ｚ≦３、かつｘ＋ｙ＋ｚ≦５である。）で表される（２）に記載の触媒用担体。
　　（５）
　（１）～（４）のいずれか１項に記載の触媒用担体と、該触媒用担体に担持された触媒金属とからなる触媒。
　　（６）
　前記触媒金属が、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｇ、ＰｄおよびＲｕからなる群より選ばれるの少なくとも１種である（５）に記載の触媒。
　　（７）
　前記触媒金属が、平均粒径が１～２０ｎｍの金属粒子である（５）～（６）に記載の触媒。
　　（８）
　燃料電池用触媒である（５）～（７）のいずれか１項に記載の触媒。
　　（９）
　（１）～（４）のいずれか１項に記載の触媒用担体に触媒金属を担持させる触媒の製造方法。
　　（１０）
　触媒の前駆体を用いて触媒金属を担持させる（９）に記載の触媒の製造方法。
　本発明の触媒用担体は、耐熱性に優れ、比表面積を大きくしなくても高い触媒能を実現することができる。
触媒用担体（１）の粉末Ｘ線回折スペクトルである。 実施例１の触媒（１）の粉末Ｘ線回折スペクトルである。 実施例１の燃料電池用電極（１）の酸素還元能を評価したグラフである。 実施例２の触媒（２）の粉末Ｘ線回折スペクトルである。 実施例２の燃料電池用電極（２）の酸素還元能を評価したグラフである。 比較例１の燃料電池用電極（３）の酸素還元能を評価したグラフである。 比較例２の燃料電池用電極（４）の酸素還元能を評価したグラフである。 実施例１，２および比較例１、２における燃料電池用電極（２）の酸素還元能を評価したグラフを重ねて記した図である。 実施例１、２および比較例１、２における０．８５Vでの電流密度の比較を表した図である。 実施例１におけるニオブの炭窒酸化物の担体上に白金が担持されている白金担持担体のSEM写真である。 比較例１におけるカーボンの担体上に白金が担持されている白金担持カーボンのSEM写真である。 実施例３の触媒（５）の粉末Ｘ線回折スペクトルである。 実施例３の燃料電池用電極（５）の酸素還元能を評価したグラフである。 実施例４の触媒（６）の粉末Ｘ線回折スペクトルである。 実施例４の燃料電池用電極（６）の酸素還元能を評価したグラフである。 実施例５の触媒（７）の粉末Ｘ線回折スペクトルである。 実施例５の燃料電池用電極（７）の酸素還元能を評価したグラフである。
　＜触媒用担体＞
　本発明の触媒用担体は、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の金属は、ニオブ、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムおよびニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種（以下「金属Ｍ」とも記す。）であることが好ましい。前記金属の炭窒酸化物からなる触媒用担体は、特に耐久性に優れ、また比表面積を大きくしなくても高い触媒能を実現することが可能である。
　これらの金属の中でも、特にニオブが好ましい。また、前記金属として、ニオブと、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムおよびニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種（以下「金属Ｍ'」とも記す。）とを併用することも好ましい。
　前記金属炭窒酸化物の組成式は、一般にＭＣxＮyＯzで表される。ここで、Ｍは、ニオブ、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムおよびニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属を表し、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ原子数の比を表し、０．０１≦ｘ≦２、０．０１≦ｙ≦２、０．０１≦ｚ≦３、かつｘ＋ｙ＋ｚ≦５である。
　前記金属炭窒酸化物の金属がニオブである場合、前記金属炭窒酸化物の組成式は、ＮｂＣxＮyＯzで表される。ここで、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ原子数の比を表し、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ原子数の比を表し、０．０１≦ｘ≦２、０．０１≦ｙ≦２、０．０１≦ｚ≦３、かつｘ＋ｙ＋ｚ≦５　である。
　また、前記金属炭窒酸化物の金属が、ニオブと、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムおよびニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種とである場合、前記金属炭窒酸化物の組成式は、ＮｂaＭ'bＣxＮyＯzで表される。ここで、Ｍ'は、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムおよびニッケルからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属を表し、ａ、ｂ、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ原子数の比を表し、ａ＋ｂ＝１に規定した時、０．０１≦ａ＜１、０＜ｂ≦０．９９、０．０１≦ｘ≦２、０．０１≦ｙ≦２、０．０１≦ｚ≦３、かつｘ＋ｙ＋ｚ≦５である。
　各元素比が上記範囲内にあると、酸素還元電位が高くなる傾向があり好ましい。
　本発明の触媒用担体の平均粒径としては、たとえば１０～２０００ｎｍとすることができ、好ましくは１０～１０００ｎｍである。この平均粒径は、ＢＥＴ法によって得られる数値である。本発明の触媒用担体は、粒径が前記範囲であっても、これを用いて製造された触媒が十分に高い触媒能を有する。触媒用担体としてカーボンを用いた場合、これと同等の触媒能を実現するためには、比表面積を大きくするために、その平均粒径を１０～１００ｎｍ程度にしなければならない。このように、本発明の金属炭窒酸化物からなる触媒用担体は、その粒径を小さくしなくても十分に大きな触媒能を確保することができる。
　また、本発明の触媒用担体においては、粉末Ｘ線回折法（Ｃｕ－Ｋα線）により、回折角２θ＝３３°～４３°の間に、回折線ピークが２つ以上観測されることが好ましい。
　回折線ピークとは、試料（結晶質）に様々な角度でＸ線を照射した場合に、特異的な回折角度および回折強度で得られるピークのことをいう。
　本発明においては、信号（Ｓ）とノイズ（Ｎ）の比（Ｓ／Ｎ）が２以上で検出できるシグナルを一つの回折線ピークとしてみなす。
　ここで、ノイズ（Ｎ）は、ベースラインの幅とした。
　Ｘ線回折法の測定装置としては、例えば粉末Ｘ線解析装置：リガクＲＡＤ－ＲＸを用いて行うことができ、その測定条件としては、Ｘ線出力（Ｃｕ－Ｋα）：５０ｋＶ、１８０ｍＡ、走査軸 ：θ／２θ、測定範囲（２θ）：１０°～８９．９８°、測定モード：ＦＴ、読込幅 ：０．０２°、サンプリング時間：０．７０秒、ＤＳ、ＳＳ、ＲＳ：０．５°、０．５°、０．１５ｍｍ、ゴンオメーター半径：１８５ｍｍで行うことができる。
　上記触媒用担体の製造方法としては、特に限定されないが、例えば金属炭窒化物を、酸素を含む不活性ガス中で熱処理することにより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。
　上記触媒用担体が金属Ｍを含有する金属炭窒酸化物からなる場合には、例えば、金属Ｍを含有する金属炭窒化物を、酸素を含む不活性ガス中で熱処理することにより金属Ｍ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。
　上記触媒用担体がニオブと金属Ｍ'とを含有する金属炭窒酸化物からなる場合には、ニオブと金属Ｍ'とを含有する金属炭窒化物を、酸素を含む不活性ガス中で熱処理することにより、ニオブと金属Ｍ'と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。
　金属炭窒化物を得る方法としては、金属の酸化物と炭素との混合物を、窒素雰囲気中で熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法（ｉ）や、金属炭化物、金属酸化物お金属窒化物の混合物を、窒素雰囲気中などで熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法（ｉｉ）、などが挙げられる。
　金属Ｍを含有する金属炭窒化物を得る方法としては、金属Ｍの酸化物および炭素の混合物を、窒素雰囲気中で熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法（Ｉ）、金属Ｍの酸化物、金属Ｍの炭化物および金属Ｍ窒化物の混合物を、窒素雰囲気中などで熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法（ＩＩ）、および、金属Ｍを含有する化合物を、窒素雰囲気中などで熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法（ＩＩＩ）などが挙げられる。
　ニオブと金属Ｍ'とを含有する金属炭窒化物を得る方法としては、金属Ｍ'の酸化物、酸化ニオブおよび炭素の混合物を、窒素雰囲気中で熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法（Ｉ'）、金属Ｍ'の酸化物、炭化ニオブおよび窒化ニオブの混合物を、窒素雰囲気中などで熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法（ＩＩ'）、金属Ｍ'の酸化物、炭化ニオブ、窒化ニオブおよび酸化ニオブの混合物を、窒素雰囲気中などで熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法（ＩＩＩ'）、および、金属Ｍ'を含有する化合物およびニオブを含有する化合物の混合物を、窒素雰囲気中などで熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法（ＩＶ'）などが挙げられる。ただし、これらの方法には限定されない。
　以下、金属が金属Ｍである金属炭窒酸化物、および金属がニオブと金属Ｍ'とである金属炭窒酸化物の製造方法の一例について詳述する。金属がニオブ、ジルコニウム、チタンなどである金属炭窒酸化物の製造も、この製造方法に準じて行うことができる。
（金属炭窒化物の製造工程）
＜金属が金属Ｍである金属炭窒酸化物の製造工程＞
　［製造方法（Ｉ）］
　製造方法（Ｉ）は、前記金属Ｍの酸化物および炭素の混合物を、窒素雰囲気中で熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法である。
　金属炭窒化物を製造する際の熱処理の温度は６００℃～１８００℃の範囲であり、好ましくは８００～１６００℃の範囲である。前記熱処理温度が前記範囲内であると、結晶性および均一性が良好な点で好ましい。前記熱処理温度が６００℃未満であると結晶性が悪く、均一性が悪くなる傾向があり、１８００℃より高いと焼結しやすくなる傾向がある。
　原料である金属Ｍの酸化物としては、酸化ニオブ、酸化錫、酸化インジウム、酸化白金、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化鉄、酸化タングステン、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化ハフニウム、酸化チタニウム、酸化バナジウム、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化セリウム、酸化水銀、酸化プルトニウム、酸化金、酸化銀、酸化イリジウム、酸化パラジウム、酸化イットリウム、酸化ルテニウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユーロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウムおよび酸化ニッケル等が挙げられる。金属Ｍの酸化物は、１種類以上を用いることができる。
　原料の炭素としては、カーボン、カーボンブラック、グラファイト、黒鉛、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレン等が挙げられる。カーボンの粉末の粒径が小さいと、比表面積が大きくなり、酸化物との反応がしやすくなるため好ましい。例えば、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）などが好適に用いられる。
　原料については、特に限定されない。いずれの原料を用いても、金属Ｍの酸化物および炭素から得られる金属炭窒化物を、酸素を含む不活性ガス中で熱処理することにより得られる金属炭窒酸化物から得られる触媒は、酸素還元開始電位が高く、活性がある。
　金属Ｍの酸化物および炭素の配合量（モル比）を制御すると、適切な金属炭窒化物が得られる。
　前記配合量（モル比）は、通常、金属Ｍ１モルに対して、炭素が１～１０モルであり、好ましくは、２～６モルである。上記範囲を満たす配合モル比で作られた金属炭窒化物を用いると、酸素還元開始電位が高く、活性がある触媒を製造できる金属炭窒酸化物が得られる傾向がある。また、前記範囲を満たす配合比で得られた金属炭窒化物を用いると、前述の原子数の比（ａ、ｂ、ｘ、ｙ、ｚ）およびｘ＋ｙ＋ｚが適切な金属炭窒酸化物（ＮｂaＭbＣxＮyＯz）を得ることが容易となる。
　［製造方法（ＩＩ）］
　製造方法（ＩＩ）は、金属Ｍの酸化物、金属Ｍの炭化物および金属Ｍの窒化物の混合物を、窒素雰囲気中などで熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法である。
　金属炭窒化物を製造する際の熱処理の温度は、前記製造方法（Ｉ）と同様である。
　原料の金属Ｍの酸化物については、前記製造方法（Ｉ）で挙げられた金属Ｍの酸化物と同様である。
　原料の金属Ｍの炭化物としては、炭化ニオブ、炭化錫、炭化インジウム、炭化白金、炭化タンタル、炭化ジルコニウム、炭化銅、炭化鉄、炭化タングステン、炭化クロム、炭化モリブデン、炭化ハフニウム、炭化チタニウム、炭化バナジウム、炭化コバルト、炭化マンガン、炭化セリウム、炭化水銀、炭化プルトニウム、炭化金、炭化銀、炭化イリジウム、炭化パラジウム、炭化イットリウム、炭化ルテニウム、炭化ランタン、炭化セリウム、炭化プラセオジム、炭化ネオジム、炭化プロメチウム、炭化サマリウム、炭化ユーロピウム、炭化ガドリニウム、炭化テルビウム、炭化ジスプロシウム、炭化ホルミウム、炭化エルビウム、炭化ツリウム、炭化イッテルビウム、炭化ルテチウムおよび炭化ニッケル等が挙げられる。金属Ｍの炭化物は、１種類以上を用いることができる。
　原料の金属Ｍの窒化物としては、窒化ニオブ、窒化錫、窒化インジウム、窒化白金、窒化タンタル、窒化ジルコニウム、窒化銅、窒化鉄、窒化タングステン、窒化クロム、窒化モリブデン、窒化ハフニウム、窒化チタニウム、窒化バナジウム、窒化コバルト、窒化マンガン、窒化セリウム、窒化水銀、窒化プルトニウム、窒化金、窒化銀、窒化イリジウム、窒化パラジウム、窒化イットリウム、窒化ルテニウム、窒化ランタン、窒化セリウム、窒化プラセオジム、窒化ネオジム、窒化プロメチウム、窒化サマリウム、窒化ユーロピウム、窒化ガドリニウム、窒化テルビウム、窒化ジスプロシウム、窒化ホルミウム、窒化エルビウム、窒化ツリウム、窒化イッテルビウム、窒化ルテチウムおよび窒化ニッケル等が挙げられる。金属Ｍの窒化物は、１種類以上を用いることができる。
　原料については、特に限定されない。いずれの原料を用いても、金属Ｍの酸化物、金属Ｍの炭化物および金属Ｍの窒化物から得られる金属炭窒化物を、酸素を含む不活性ガス中で熱処理することにより得られる金属炭窒酸化物から得られる触媒は、酸素還元開始電位が高く、活性がある。
　金属Ｍの酸化物、金属Ｍの炭化物および金属Ｍの窒化物の配合量（モル比）を制御すると、適切な金属炭窒化物が得られる。前記配合量（モル比）は、通常、金属Ｍの窒化物　1モルに対して、金属Ｍの炭化物が０．０１～５００モル、金属Ｍの酸化物が０．０１～５０モルであり、好ましくは、金属Ｍの窒化物　1モルに対して、金属Ｍの炭化物が０．１～３００モル、金属Ｍの酸化物が０．０１～３０モルである。上記範囲を満たす配合モル比で作られた金属炭窒化物を用いると、酸素還元開始電位が高く、活性がある触媒を製造できる金属炭窒酸化物が得られる傾向がある。また、前記範囲を満たす配合比で得られた金属炭窒化物を用いると、前述の原子数の比（ａ、ｂ、ｘ、ｙ、ｚ）およびｘ＋ｙ＋ｚが適切な金属炭窒酸化物（ＮｂaＭbＣxＮyＯz）を得ることが容易となる。
　また例えば、金属Ｍの炭化物および金属Ｍの窒化物のみの混合物を用いても、上記と同様にして金属炭窒化物を製造することができる。
　［製造方法（ＩＩＩ）］
　製造方法（ＩＩＩ）は、金属Ｍを含有する化合物を、窒素雰囲気中などで熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法である。
　金属炭窒化物を製造する際の熱処理の温度は、前記製造方法（Ｉ）と同様である。
　原料である金属Ｍを含有する化合物は、ニオブ、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムまたはニッケル等の有機酸塩、炭酸塩、塩化物、有機錯体、炭化物、窒化物等が挙げられる。金属Ｍを含有する化合物は、1種類以上用いることができる。
　原料については、特に限定されない。いずれの原料を用いても、金属Ｍを含有する化合物から得られる金属炭窒化物を、酸素を含む不活性ガス中で熱処理することにより得られる金属炭窒酸化物から得られる触媒は、酸素還元開始電位が高く、活性がある。
　また例えば、炭化物および窒化物以外の金属Ｍを含有する化合物、金属Ｍの炭化物および金属Ｍの窒化物のみの混合物を用いても、上記と同様にして金属炭窒化物を製造することができる。

＜金属がニオブと金属Ｍとである金属炭窒酸化物の製造工程＞
　［製造方法（Ｉ'）］
　製造方法（Ｉ'）は、前記金属Ｍ'の酸化物、酸化ニオブおよび炭素との混合物を、窒素雰囲気中で熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法である。
　金属炭窒化物を製造する際の熱処理の温度は６００～１８００℃の範囲であり、好ましくは８００～１６００℃の範囲である。前記熱処理温度が前記範囲内であると、結晶性および均一性が良好な点で好ましい。前記熱処理温度が６００℃未満であると結晶性が悪く、均一性が悪くなる傾向があり、１８００℃より高いと焼結しやすくなる傾向がある。
　原料の金属Ｍ'の酸化物としては、酸化錫、酸化インジウム、酸化白金、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化鉄、酸化タングステン、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化ハフニウム、酸化チタニウム、酸化バナジウム、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化セリウム、酸化水銀、酸化プルトニウム、酸化金、酸化銀、酸化イリジウム、酸化パラジウム、酸化イットリウム、酸化ルテニウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユーロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウムおよび酸化ニッケル等が挙げられる。金属Ｍ'の酸化物は、１種類以上を用いることができる。
　原料の酸化ニオブとしては、ＮｂＯ、ＮｂＯ2やＮｂ2Ｏ5等が挙げられる。
　原料の炭素としては、カーボン、カーボンブラック、グラファイト、黒鉛、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、フラーレン等が挙げられる。カーボンの粉末の粒径が小さいと、比表面積が大きくなり、酸化物との反応がしやすくなるため好ましい。例えば、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）などが好適に用いられる。
　原料については、特に限定されない。いずれの原料を用いても、金属Ｍ'の酸化物、酸化ニオブおよび炭素から得られる金属炭窒化物を、酸素を含む不活性ガス中で熱処理することにより得られる金属炭窒酸化物から得られる触媒は、酸素還元開始電位が高く、活性がある。
　金属Ｍ'の酸化物、酸化ニオブおよび炭素の配合量（モル比）を制御すると、適切な金属炭窒化物が得られる。
　前記配合量（モル比）は、通常、酸化ニオブ１モルに対して、金属Ｍ'の酸化物が０．００５～２００モル、炭素が１～１０００モルであり、好ましくは、酸化ニオブ１モルに対して、金属Ｍ'の酸化物が０．０１～２００モル、炭素が２～６００モルである。上記範囲を満たす配合モル比で作られた金属炭窒化物を用いると、酸素還元開始電位が高く、活性がある触媒を製造できる金属炭窒酸化物が得られる傾向がある。また、前記範囲を満たす配合比で得られた金属炭窒化物を用いると、前述の原子数の比（ａ、ｂ、ｘ、ｙ、ｚ）およびｘ＋ｙ＋ｚが適切な金属炭窒酸化物（ＮｂaＭbＣxＮyＯz）を得ることが容易となる。
　［製造方法（ＩＩ'）］
　製造方法（ＩＩ'）は、金属Ｍ'の酸化物、炭化ニオブおよび窒化ニオブの混合物を、窒素雰囲気中などで熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法である。
　金属炭窒化物を製造する際の熱処理の温度は、前記製造方法（Ｉ'）と同様である。
　原料の金属Ｍ'の酸化物については、前記製造方法（Ｉ'）で挙げられた金属Ｍ'の酸化物と同様である。
　原料の炭化ニオブとしては、ＮｂＣ等が挙げられる。
　原料の窒化ニオブとしては、ＮｂＮ等が挙げられる。
　原料については、特に限定されない。いずれの原料を用いても、金属Ｍ'の酸化物、炭化ニオブおよび窒化ニオブから得られる金属炭窒化物を、酸素を含む不活性ガス中で熱処理することにより得られる金属炭窒酸化物から得られる触媒は、酸素還元開始電位が高く、活性がある。
　金属Ｍ'の酸化物、炭化ニオブおよび窒化ニオブの配合量（モル比）を制御すると、適切な金属炭窒化物が得られる。前記配合量（モル比）は、通常、窒化ニオブ1モルに対して、炭化ニオブが０．０１～５００モル、金属Ｍ'の酸化物が０．０１～５０モルであり、好ましくは、窒化ニオブ1モルに対して、炭化ニオブが０．１～３００モル、金属Ｍ'の酸化物が０．０２～３０モルである。上記範囲を満たす配合モル比で作られた金属炭窒化物を用いると、酸素還元開始電位が高く、活性がある触媒を製造できる金属炭窒酸化物が得られる傾向がある。また、前記範囲を満たす配合比で得られた金属炭窒化物を用いると、前述の原子数の比（ａ、ｂ、ｘ、ｙ、ｚ）およびｘ＋ｙ＋ｚが適切な金属炭窒酸化物（ＮｂaＭbＣxＮyＯz）を得ることが容易となる。
　［製造方法（ＩＩＩ'）］
　製造方法（ＩＩＩ'）は、金属Ｍ'の酸化物、炭化ニオブ、窒化ニオブおよび酸化ニオブの混合物を、窒素雰囲気中などで熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法である。
　金属炭窒化物を製造する際の熱処理の温度は、前記製造方法（Ｉ'）と同様である。
　原料の金属Ｍ'の酸化物については、前記製造方法（Ｉ'）で挙げられた金属Ｍ'の酸化物と同様である。
　原料の炭化ニオブとしては、ＮｂＣ等が挙げられる。
　原料の窒化ニオブとしては、ＮｂＮ等が挙げられる。
　原料の酸化ニオブとしては、ＮｂＯ、ＮｂＯ2やＮｂ2Ｏ5等が挙げられる。
　原料については、特に限定されない。いずれの原料を用いても、金属Ｍ'の酸化物、炭化ニオブ、窒化ニオブおよび酸化ニオブから得られる金属炭窒化物を、酸素を含む不活性ガス中で熱処理することにより得られる金属炭窒酸化物から得られる触媒は、酸素還元開始電位が高く、活性がある。
　金属Ｍ'の酸化物、炭化ニオブ、窒化ニオブおよび酸化ニオブの配合量（モル比）を制御すると、適切な金属炭窒化物が得られる。前記配合量（モル比）は、通常、窒化ニオブ１モルに対して、炭化ニオブが０．０１～５００モル、金属Ｍ'の酸化物および酸化ニオブが合わせて０．０１～５０モルであり、好ましくは、窒化ニオブ１モルに対して、炭化ニオブが０．１～３００モル、金属Ｍ'の酸化物および酸化ニオブが合わせて０．０２～３０モルである。上記範囲を満たす配合モル比で作られた金属炭窒化物を用いると、酸素還元開始電位が高く、活性がある触媒を製造できる金属炭窒酸化物が得られる傾向がある。また、前記範囲を満たす配合比で得られた金属炭窒化物を用いると、前述の原子数の比（ａ、ｂ、ｘ、ｙ、ｚ）およびｘ＋ｙ＋ｚが適切な金属炭窒酸化物（ＮｂaＭbＣxＮyＯz）を得ることが容易となる。
　［製造方法（ＩＶ'）］
　製造方法（ＩＶ'）は、金属Ｍ'を含有する化合物およびニオブを含有する化合物の混合物を、窒素雰囲気中などで熱処理することにより金属炭窒化物を製造する方法である。
　金属炭窒化物を製造する際の熱処理の温度は、前記製造方法（Ｉ'）と同様である。
　原料の金属Ｍ'を含有する化合物としては、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムまたはニッケル等の有機酸塩、炭酸塩、塩化物、有機錯体、炭化物、窒化物等が挙げられる。金属Ｍ'を含有する化合物は、1種類以上用いることができる。
　ニオブを含有する化合物は、ニオブの有機酸塩、炭酸塩、塩化物、有機錯体、炭化物、窒化物等が挙げられる。ニオブを含有する化合物は、1種類以上用いることができる。
　また例えば、金属Ｍ'を含有する化合物、炭化ニオブおよび窒化ニオブの混合物を用いても、上記と同様にして金属がニオブと金属Ｍとである金属炭窒化物を製造することができる。
　原料については、特に限定されない。いずれの原料を用いても、金属Ｍ'を含有する化合物およびニオブを含有する化合物から得られる金属炭窒化物を、酸素を含む不活性ガス中で熱処理することにより得られる金属炭窒酸化物から得られる触媒は、酸素還元開始電位が高く、活性がある。
　金属Ｍ'を含有する化合物およびニオブを含有する化合物の配合量（モル比）を制御すると、適切な金属炭窒化物が得られる。前記配合量（モル比）は、通常、金属Ｍ'を含有する化合物１モルに対して、ニオブを含有する化合物が０．００５～５００モルであり、好ましくは、金属Ｍ'を含有する化合物１モルに対して、ニオブを含有する化合物が０．０１～３００モルである。上記範囲を満たす配合モル比で作られた金属炭窒化物を用いると、酸素還元開始電位が高く、活性がある触媒を製造できる金属炭窒酸化物が得られる傾向がある。また、前記範囲を満たす配合比で得られた金属炭窒化物を用いると、前述の原子数の比（ａ、ｂ、ｘ、ｙ、ｚ）およびｘ＋ｙ＋ｚが適切な金属炭窒酸化物（ＮｂaＭbＣxＮyＯz）を得ることが容易となる。
　（金属炭窒酸化物の製造工程）
　次に、上記製造方法（Ｉ）～（ＩＩＩ）および（Ｉ'）～（ＩＶ'）で得られた金属炭窒化物を、酸素を含む不活性ガス中で熱処理することにより、金属炭窒酸化物を得る工程について説明する。
　上記不活性ガスとしては、窒素、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガスおよびラドンガスなどが挙げられる。窒素ガスおよびアルゴンガスが、比較的入手しやすい点で特に好ましい。
　当該工程における酸素濃度は、熱処理時間と熱処理温度に依存するが、０．１～１０容量％が好ましく、０．５～５容量％が特に好ましい。前記酸素濃度が前記範囲内であると、均一な炭窒酸化物が形成する点で好ましい。また、前記酸素濃度が０．１容量％未満であると未酸化状態になる傾向があり、１０容量％を超えると酸化が進み過ぎてしまう傾向がある。
　上記不活性ガス中に、水素ガスが５容量％以下の範囲で含有していることが好ましい。該水素ガス含有量は、より好ましくは０．０１～４容量％であり、さらに好ましくは０．１～４容量％である。なお、本発明における容量％は、標準状態における値である。
　当該工程における熱処理の温度は、通常は４００～１４００℃の範囲であり、好ましくは６００～１２００℃の範囲である。前記熱処理温度が前記範囲内であると、均一な金属炭窒酸化物が形成する点で好ましい。前記熱処理温度が４００℃未満であると酸化が進まない傾向があり、１４００℃以上を超えると酸化が進み、結晶成長する傾向がある。
　当該工程における熱処理方法としては、整地法、攪拌法、落下法、粉末捕捉法などが挙げられる。
　落下法とは、誘導炉中に微量の酸素を含む不活性ガスを流しながら、炉を所定の熱処理温度まで加熱し、該温度で熱的平衡を保った後、炉の加熱区域である坩堝中に金属炭窒化物を落下させ、熱処理する方法である。落下法の場合は、金属炭窒化物の粒子の凝集および成長を最小限度に抑制することができる点で好ましい。
　粉末捕捉法とは、微量の酸素を含む不活性ガス雰囲気中で、金属炭窒化物を飛沫にして浮遊させ、所定の熱処理温度に保たれた垂直の管状炉中に金属炭窒化物を捕捉して、熱処理する方法である。
　落下法の場合、金属炭窒化物の熱処理時間は、通常０．５～１０分であり、好ましくは０．５～３分である。前記熱処理時間が前記範囲内であると、均一な金属炭窒酸化物が形成される傾向があり好ましい。前記熱処理時間が０．５分未満であると金属炭窒酸化物が部分的に形成される傾向があり、１０分を超えると酸化が進みすぎる傾向がある。
　粉末捕捉法の場合、金属炭窒化物の熱処理時間は、０．２秒～１分、好ましくは０．２～１０秒である。前記熱処理時間が前記範囲内であると、均一な金属炭窒酸化物が形成される傾向があり好ましい。前記熱処理時間が０．２秒未満であると金属炭窒酸化物が部分的に形成される傾向があり、１分を超えると酸化が進みすぎる傾向がある。管状炉で行う場合、金属炭窒化物の熱処理時間は、０．１～１０時間、好ましくは０．５時間～５時間である。前記熱処理時間が前記範囲内であると、均一な金属炭窒酸化物が形成される傾向があり好ましい。前記熱処理時間が０．１時間未満であると金属炭窒酸化物が部分的に形成される傾向があり、１０時間を超えると酸化が進みすぎる傾向がある。
　金属炭窒酸化物から触媒を製造する場合、上述の製造方法等により得られる金属炭窒酸化物を、そのまま用いてもよいが、得られる金属炭窒酸化物をさらに解砕し、より微細な粉末にしたものを用いてもよい。
　金属炭窒酸化物を解砕する方法としては、例えば、ロール転動ミル、ボールミル、媒体攪拌ミル、気流粉砕機、乳鉢、槽解機による方法等が挙げられ、金属炭窒酸化物をより微粒とすることができる点では、気流粉砕機による方法が好ましく、少量処理が容易となる点では、乳鉢による方法が好ましい。
　＜触媒＞
　本発明の触媒は、前記触媒用担体と、該触媒用担体に担持された触媒金属とからなる。　　　
　前記金属触媒としては、特に制限はなく、公知の触媒金属を用いることができ、例えばＰｔ、Ｉｒ、Ａｇ、ＰｄまたはＲｕなどを挙げることができる。これらの触媒金属は１種単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、質量活性が高いことから、Ｐｔが好ましい。
　触媒用担体に担持される触媒金属は、通常金属粒子である。この金属粒子の平均粒径としては、１～２０ｎｍが好ましく、さらに好ましくは１～１０ｎｍである。この平均粒径は、ＢＥＴ法によって得られる数値である。金属粒子の平均粒径が前記範囲内にあると、触媒活性が高くなるという利点がある。
　本発明の触媒における触媒用担体と担持される触媒金属との質量比（触媒用担体：触媒金属）としては、例えば１００：０．０１～１００：７０であり、好ましくは１００：０．１～１００：６０である。
　本発明の触媒は、下記測定法（Ａ）に従って測定される酸素還元開始電位が、可逆水素電極を基準として０．５Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）以上であることが好ましい。
〔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重量％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重量比で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（重量比）＝２：１を用いる。
　前記懸濁液を、超音波をかけながら３０μｌを採取し、すばやくグラッシーカーボン電極（直径：５．２ｍｍ）上に滴下し、１２０℃で１時間乾燥させる。乾燥することにより触媒を含む燃料電池用触媒層が、グラッシーカーボン電極上に形成される。
　次いでナフィオン（デュポン社　５％ナフィオン溶液（ＤＥ５２１））を純水で１０倍に希釈したものを、さらに前記燃料電池用触媒層上に１０μｌ滴下する。これを、１２０℃で１時間乾燥する。
　このようにして、得られた電極を用いて、酸素雰囲気および窒素雰囲気で、０．５ｍｏｌ／ｄｍ3の硫酸溶液中、３０℃の温度で、同濃度の硫酸溶液中での可逆水素電極を参照電極とし、５ｍＶ／秒の電位走査速度で分極することにより電流－電位曲線を測定した際の、酸素雰囲気での還元電流と窒素雰囲気での還元電流とに０．２μＡ／ｃｍ2以上の差が現れ始める電位を酸素還元開始電位とする。〕
　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０．８５Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）以上であることが、好適に酸素を還元するために好ましい。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、理論値の１．２３Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）である。
　上記触媒を用いて形成された本発明の燃料電池用触媒層は酸性電解質中において０．４Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）以上の電位で使用されることが好ましく、電位の上限は、電極の安定性により決まり、酸素が発生する電位のおよそ１．２３Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）まで使用可能である。
　この電位が０．４Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）未満の場合、ニオブの炭窒酸化物の安定性という観点では全く問題はないが、酸素を好適に還元することができず、燃料電池に含まれる膜電極接合体の燃料電池用触媒層としての有用性は乏しい。
　本発明の触媒は、前記触媒用担体に触媒金属を担持させることにより製造することができる。触媒用担体に触媒金属を担持させる方法としては、実用に供することができるように担持させることができれば特に制限はないが、触媒の前駆体を用いて触媒金属を担持させる方法が好適である。
　ここで、触媒の前駆体とは、所定の処理により前記触媒金属になりうる物質であり、塩化白金酸、塩化イリジウム、硝酸銀、塩化パラジウムなどをいう。
　この触媒の前駆体を触媒用担体に担持させる方法としては、特に制限されるべきものではなく、従来公知の触媒金属担持技術を適用した方法を利用し得る。例えば、（１）触媒前駆体溶液中に触媒用担体を分散させ、蒸発乾固する段階と、その後に熱処理を加える段階とを含む方法、（２）触媒前駆体コロイド溶液中に触媒用担体を分散させ、触媒前駆体コロイドを触媒用担体に吸着させることにより、触媒金属を触媒用担体に担持させる段階を含む方法、（３）触媒前駆体の原料となる金属化合物を１種あるいはそれ以上含む溶液と触媒前駆体コロイド溶液との混合溶液のｐＨを調整することにより金属酸化物、含水酸化物、金属水酸化物を得ると同時に触媒前駆体コロイドを吸着させる段階と、それを焼成する段階とを含む方法、などが挙げられるが、これらに何ら制限されるべきものではない。
　本発明の触媒を得る方法として、上記（１）の方法を用いると、触媒用担体表面に触媒金属を高分散担持することができ、所望の触媒を得ることができる点で好ましい。
　上記（１）の各段階を行って触媒用担体に触媒金属を分散担持させる方法としては、通常の含浸法を用いることができる。
　ここで、触媒前駆体溶液としては、上述したような触媒金属が、上記各段階を経て生成し得る（熱処理後に残る）ものであればよく、例えば、塩化白金酸水溶液、塩化イリジウム、硝酸銀、塩化パラジウムなどが挙げられるが、これらに何ら制限されるべきものではない。
　なお、上記触媒前駆体溶液中の触媒前駆体の含有量は、特に制限されるべきものではなく、飽和濃度以下であればよい。ただし、低濃度では所望の担持量になるまでに上記段階を繰り返して調整する必要があることから、適宜必要な濃度を決定する。触媒前駆体溶液中の触媒前駆体の含有量としては、０．０１～５０質量％程度であるが、これに制限されるものではない。
　より具体的な担持方法の一例として、例えば以下の方法を挙げることができる。
　触媒用担体を蒸留水に懸濁した液をホットプレートの上に置き、攪拌しながら液温を８０℃に維持する。予め用意した塩化白金酸水溶液を、前記懸濁液に３０分掛けてゆっくり加え、滴下終了後、２時間そのまま８０℃で攪拌する。
　次にホルムアルデヒド水溶液（市販品：３７質量％）を上記懸濁液にゆっくり加える。加え終えた後、そのまま８０℃で1時間攪拌する。
　反応終了後、この懸濁液を冷却して、ろ過する。ろ取した結晶を４００℃で、窒素気流下２時間加熱することにより、本願触媒である白金担持担体が得られる。
　また、触媒用担体と塩化白金酸を水の中で、よく懸濁させて、ろ過後、ろ取した固形物を室温で乾燥させる。これを、１２０℃の乾燥機で１２時間乾燥し、その後水素を流しながら３５０℃まで昇温して２時間還元することで、本願触媒である白金担持担体が得られる。
　＜用途＞
　本発明の触媒は、例えば、燃料電池用触媒、排ガス処理用触媒または有機合成用触媒として使用できる。本発明の触媒は、前述の通り、粒径を小さくしなくても十分大きな触媒能を確保することができ、また耐熱性に優れることから、特に燃料電池用触媒に適している。
　本発明の触媒により、燃料電池用触媒層を形成することができる。燃料電池用触媒層には、アノード触媒層、カソード触媒層があるが、前記触媒はいずれにも用いることができる。本発明の燃料電池用触媒層は、高い酸素還元能を有し、酸性電解質中において高電位であっても腐蝕しがたい触媒を含むため、燃料電池のカソードに設けられる触媒層（カソード用触媒層）として有用である。特に固体高分子型燃料電池が備える膜電極接合体のカソードに設けられる触媒層に好適に用いられる。
　以下に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
　また、実施例および比較例における各種測定は、下記の方法により行った。
　［分析方法］
　１．粉末Ｘ線回折
　理学電機株式会社製　ロータフレックスおよびＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ製のＸ‘Ｐｅｒｔ　ＰＲＯを用いて、試料の粉末Ｘ線回折を行った。
　各試料の粉末Ｘ線回折における回折線ピークの本数は、信号（Ｓ）とノイズ（Ｎ）の比（Ｓ／Ｎ）が２以上で検出できるシグナルを１つのピークとしてみなして数えた。
　なお、ノイズ（Ｎ）は、ベースラインの幅とした。
　２．元素分析
　炭素：試料約０．１ｇを量り取り、堀場製作所　ＥＭＩＡ－１１０で測定を行った。
　窒素・酸素：試料約０．１ｇを量り取り、Ｎｉ－Ｃｕｐに封入後、ＯＮ分析装置で測定
を行った。
　ニオブ：試料約０．１ｇを白金皿に量り取り、硝酸－フッ酸を加えて加熱分解した。この加熱分解物を定容後、希釈し、ＩＣＰ－ＭＳで定量を行った。
　［実施例１］
　１．触媒用担体の調製
　炭化ニオブ４．９６ｇ（８１ｍｍｏｌ）、酸化ニオブ１．２５ｇ（１０ｍｍｏｌ）、窒化ニオブ０．５４ｇ（５ｍｍｏｌ）をよく混合して、１６００℃で３時間、窒素雰囲気中で加熱することにより、炭窒化ニオブ２.７０ｇが得られた。焼結体になるため、ボールミルで粉砕した。
　得られた炭窒化ニオブ１．０５ｇを、１容量％の酸素ガス含むアルゴンガスを流しながら、管状炉で、８００℃で１時間加熱することにより、ニオブの炭窒酸化物（以下「触媒用担体（１）」とも記す。）１．１２ｇが得られた。
　得られた触媒用担体（１）の粉末Ｘ線回折スペクトルを図１に示す。回折角２θ＝３３°～４３°の間に、回折線ピークが４つ観測された。また、触媒用担体（１）の元素分析結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　得られたニオブの炭窒酸化物の元素分析をしたところ、このニオブの炭窒酸化物の組成式 ＮｂＣxＮyＯzにおけるｘ、ｙ、ｚは、順に０．５３、０．４１、０．７６であり、ｘ＋ｙ＋ｚは１．７であった。
　２．触媒の調製（１０wt％の白金触媒の合成方法）
　前記ニオブの炭窒酸化物（粉砕した物を使用：粒径　100ｎｍ）０．９００gを蒸留水１００ｍｌに加え、３０分間超音波洗浄器で振とうさせた。この懸濁液をホットプレートの上に置き、攪拌しながら液温を８０℃に維持した。この懸濁液の中に、炭酸ナトリウム（０．１７２g）を加えた。
　予め蒸留水５０ｍｌに塩化白金酸（H2PtCl6・6H2O）２６６ｍｇ（０．５１３ｍｍｏｌ：白金量として１００ｍｇ）を溶解させた溶液を作製した。この溶液を、前記懸濁液に３０分掛けてゆっくり加えた（液温は８０℃に維持した）。滴下終了後、２時間そのまま８０℃で攪拌した。
　次にホルムアルデヒド水溶液（市販品：３７％）１０mlを上記懸濁液にゆっくり加えた。加え終えた後、そのまま８０℃で１時間攪拌した。
　反応終了後、この懸濁液を冷却して、ろ過した。ろ取した結晶を４００℃で、窒素気流下２時間加熱することにより、１０%白金担持担体（触媒（１））が８５０ｍｇ得られた
。
　触媒（１）の粉末Ｘ線回折スペクトルを図２に示す。回折角２θ＝３３°～４３°の間に、回折線ピークが４つ観測された。
　また、触媒（１）の元素分析結果からＰｔは８．５ｗｔ％であった。触媒（１）の元素分析結果を表２に示す。
　また、ニオブの炭窒酸化物の担体上に白金が担持されている白金担持担体 のSEM写真を図１０に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　３．燃料電池用電極の製造
　触媒（１）０．０９５ｇとカーボン（キャボット社製　ＸＣ－７２）０．００５ｇをイソプロピルアルコール：純水＝２：１の重量比で混合した溶液１０ｇに入れ、超音波で攪拌、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、径：５．２ｍｍ）に塗布し、１２０℃で１時間乾燥した。さらに、ナフィオン（デゥポン社　５％ナフィオン溶液（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。
　４．酸素還元能の評価
　このようにして作製した燃料電池用電極（１）の触媒能（酸素還元能）を以下の方法で評価した。
　まず、作製した燃料電池用電極（１）を、酸素雰囲気および窒素雰囲気で、０．５ｍｏｌ／ｄｍ3の硫酸溶液中、３０℃、５ｍＶ／秒の電位走査速度で分極し、電流－電位曲線を測定した。その際、同濃度の硫酸溶液中での可逆水素電極を参照電極とした。
　上記測定結果から、酸素雰囲気での還元電流と窒素雰囲気での還元電流とに０．２μＡ／ｃｍ2以上差が現れ始める電位を酸素還元開始電位とし、両者の差を酸素還元電流とした。
　この酸素還元開始電位および酸素還元電流により作製した燃料電池用電極（１）の触媒能（酸素還元能）を評価した。
　すなわち、酸素還元開始電位が高いほど、また、酸素還元電流が大きいほど、燃料電池用電極（１）の触媒能（酸素還元能）が高いことを示す。
　図３に、上記測定により得られた電流－電位曲線を示す。
　実施例１で作製した燃料電池用電極（１）は、酸素還元開始電位が０．９８Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）であり、高い酸素還元能を有することがわかった。
　［実施例２］
　１．触媒の調製（２．５wt％の白金触媒の合成方法）
　実施例１で調整したニオブの炭窒酸化物（粉砕した物を使用：粒径　100ｎｍ）０．９７５gを蒸留水１００ｍｌに加え、３０分間超音波洗浄器で振とうさせた。この懸濁液をホットプレートの上に置き、攪拌しながら液温を８０℃に指示した。この懸濁液の中に、炭酸ナトリウム（０．０４３g）を加えた。
　予め蒸留水２５ｍｌに塩化白金酸（H2PtCl6・6H2O）６７ｍｇ（０．１３４ｍｍｏｌ：白金量として２５ｍｇ）を溶解させた溶液を作製した。この溶液を、前記懸濁液に３０分掛けてゆっくり加えた（液温は８０℃に維持した）。滴下終了後、２時間そのまま８０℃で攪拌した。
　次にホルムアルデヒド水溶液（市販品：３７％）５ｍｌを上記懸濁液にゆっくり加えた。加え終えた後、そのまま８０℃で1時間攪拌した。
　反応終了後、冷却してろ過した。ろ取した結晶を４００℃で、窒素気流下で2時間加熱することにより、２．５％白金担持担体(触媒（２）)が８００ｍｇ得られた。
　触媒（２）の粉末Ｘ線回折スペクトルを図４に示す。回折角２θ＝３３°～４３°の間に、回折線ピークが４つ観測された。
　また、触媒（２）の元素分析結果からＰｔは２．３ｗｔ％であった。触媒（２）の元素分析結果を表２に示す。
　２．燃料電池用電極の製造
　触媒（２）０．０９５ｇとカーボン（キャボット社製　ＸＣ－７２）０．００５ｇをイソプロピルアルコール：純水＝２：１の重量比で混合した溶液１０ｇに入れ、超音波で攪拌、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、径：５．２ｍｍ）に塗布し、１２０℃で１時間乾燥した。さらに、ナフィオン（デゥポン社　５％ナフィオン溶液（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（２）を得た。
　３．酸素還元能の評価
　このようにして作製した燃料電池用電極（２）の触媒能（酸素還元能）を以下の方法で評価した。
　まず、作製した燃料電池用電極（２）を、酸素雰囲気および窒素雰囲気で、０．５ｍｏｌ／ｄｍ3の硫酸溶液中、３０℃、５ｍＶ／秒の電位走査速度で分極し、電流－電位曲線を測定した。その際、同濃度の硫酸溶液中での可逆水素電極を参照電極とした。
　上記測定結果から、酸素雰囲気での還元電流と窒素雰囲気での還元電流とに０．２μＡ／ｃｍ2以上差が現れ始める電位を酸素還元開始電位とし、両者の差を酸素還元電流とした。
　この酸素還元開始電位および酸素還元電流により作製した燃料電池用電極（２）の触媒能（酸素還元能）を評価した。
　すなわち、酸素還元開始電位が高いほど、また、酸素還元電流が大きいほど、燃料電池用電極（２）の触媒能（酸素還元能）が高いことを示す。
　図５に、上記測定により得られた電流－電位曲線を示す。
　実施例２で作製した燃料電池用電極（２）は、酸素還元開始電位が０．９５Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）であり、高い酸素還元能を有することがわかった。
　［比較例１］
和光純薬製の５５．８％Ｐｔ/Ｃを触媒（３）として用いて、さらに燃料電池用電極（３）を製造し、実施例１と同様に燃料電池用電極の製造と酸素還元能の評価を実施した。
　図６に、実施例と同様の測定により得られた電流－電位曲線を示す。
　比較例１で作製した燃料電池用電極（３）は、酸素還元開始電位が０．９８Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）であり、高い酸素還元能を有することがわかった。
　また、カーボンの担体上に白金が担持されている白金担持カーボンのＳＥＭ写真を図１１に示す。
　［比較例２］
和光純薬製の１％Ｐｔ/Ｃを触媒（４）として用いて、さらに燃料電池用電極（４）を製造し、実施例１と同様に燃料電池用電極の製造と酸素還元能の評価を実施した。
　図７に、実施例と同様の測定により得られた電流－電位曲線を示す。
　比較例２で作製した燃料電池用電極（４）は、酸素還元開始電位が０．８７Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）であり、白金担持体としては、あまり高い電位ではないことがわかった。
　［実施例と比較例の比較］
　図８に、実施例１、２および比較例１、２において得られた電流－電位曲線を重ねて記す。図８において、Ａは、１０％Ｐｔ／ＮｂＣＮＯを用いた実施例１において得られた電流－電位曲線を示し、Ｂは、２．５％Ｐｔ／ＮｂＣＮＯを用いた実施例２において得られた電流－電位曲線を示し、Ｃは、５５．８％Ｐｔ／Ｃを用いた比較例１において得られた電流－電位曲線を示し、Ｄは、１％Ｐｔ／Ｃを用いた比較例２において得られた電流－電位曲線を示す。
　図９に、実施例１、２および比較例１、２において得られた白金担持ＮｂＣＮＯと白金担持カーボンとにおける、０．８５Ｖでの電流密度の比較を表す。図９において、Ａは、白金担持ＮｂＣＮＯを用いた測定から得られた直線を示し、Ｂは、白金担持カーボンを用いた測定から得られた直線を示す。

　［実施例３］
　１．触媒用担体の調製
炭化ニオブ５．８８ｇ（５６ｍｍｏｌ）、酢酸鉄０．８７ｇ（５ｍｍｏｌ）、窒化ニオブ５．１４ｇ（４８ｍｍｏｌ）をよく混合して、１６００℃で３時間、窒素雰囲気中で加熱することにより、鉄およびニオブを含有する炭窒化物１０．８９ｇが得られた。焼結体になるため、ボールミルで粉砕した。
　得られた鉄およびニオブを含有する炭窒化物１．００ｇを、１容量％の酸素ガスおよび０．８容量％の水素ガスを含む窒素ガスを流しながら、管状炉で、９００℃で６時間熱処理することにより、鉄（５モル％）およびニオブを含有する炭窒酸化物（以下「触媒用担体（５）」とも記す。）１．２４gが得られた。
　得られた触媒用担体（５）の粉末Ｘ線回折スペクトルを図１２に示す。また、触媒用担体（５）の元素分析結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　得られた鉄およびニオブを含有する炭窒酸化物の元素分析をしたところ、この鉄およびニオブを含有する炭窒化物の組成式 ＮｂFeＣxＮyＯzにおけるｘ、ｙ、ｚは、順に０．３５、０．０７、２．２であり、ｘ＋ｙ＋ｚは２．６２であった。
　２．触媒の調製（１０wt％の白金触媒の合成方法）
　鉄およびニオブを含有する炭窒化物（粉砕した物を使用：粒径　100nm）０．９００gを蒸留水１００mlに加え、３０分間超音波洗浄器で振とうさせた。この懸濁液をホットプレートの上に置き、攪拌しながら液温を８０℃に維持した。この懸濁液の中に、炭酸ナトリウム（０．１７２g）を加えた。
　予め蒸留水５０ｍｌに塩化白金酸（H2PtCl6・6H2O）２６６ｍｇ（０．５１３mmol：白金量として１００ｍｇ）を溶解させた溶液を作製した。この溶液を、前記懸濁液に３０分掛けてゆっくり加えた（液温は８０℃に維持した）。滴下終了後、2時間そのまま８０℃で攪拌した。
　次にホルムアルデヒド水溶液（市販品：３７％）１０mlを上記懸濁液にゆっくり加えた。加え終えた後、そのまま８０℃で1時間攪拌した。
　反応終了後、この懸濁液を冷却して、ろ過した。ろ取した結晶を４００℃で、窒素気流下２時間加熱することにより、１０%白金担持担体（触媒（５））が８４６ｍｇ得られた。
　また、触媒（５）の元素分析結果からPtは８．７ｗｔ％であった。
触媒（５）を用いて、実施例１と同様に燃料電池用電極の製造と酸素還元能の評価を実施した。
　図１３に、実施例１と同様の測定により得られた電流－電位曲線を示す。
　実施例３で作製した燃料電池用電極（５）は、酸素還元開始電位が１．０１Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）であり、高い酸素還元能を有することがわかった。

　［実施例４］
　１．触媒用担体の調製
炭化ジルコニウム５．８８ｇ（５６ｍｍｏｌ）、窒化ジルコニウム５．１４ｇ（４８ｍｍｏｌ）をよく混合して、１６００℃で３時間、窒素雰囲気中で加熱することにより、ジルコニウムを含有する炭窒化物１０．８９ｇが得られた。焼結体になるため、ボールミルで粉砕した。
　得られたジルコニウムを含有する炭窒化物１．００ｇを、１容量％の酸素ガスおよび２容量％の水素ガスを含む窒素ガスを流しながら、ロータリーキルン炉で、１２００℃で１２時間熱処理することにより、ジルコニウムを含有する炭窒酸化物（以下「触媒用担体（６）」とも記す。）１．２４gが得られた。
　得られた触媒用担体（６）の粉末Ｘ線回折スペクトルを図１４に示す。
　２．触媒の調製（１０wt％の白金触媒の合成方法）
　ジルコニウムの炭窒酸化物（粉砕した物を使用：粒径　100nm）０．９００gを蒸留水１００mlに加え、３０分間超音波洗浄器で振とうさせた。この懸濁液をホットプレートの上に置き、攪拌しながら液温を８０℃に維持した。この懸濁液の中に、炭酸ナトリウム（０．１７２g）を加えた。
　予め蒸留水５０ｍｌに塩化白金酸（H2PtCl6・6H2O）２６６ｍｇ（０．５１３mmol：白金量として１００ｍｇ）を溶解させた溶液を作製した。この溶液を、前記懸濁液に３０分掛けてゆっくり加えた（液温は８０℃に維持した）。滴下終了後、２時間そのまま８０℃
で攪拌した。
　次にホルムアルデヒド水溶液（市販品：３７％）１０mlを上記懸濁液にゆっくり加えた。加え終えた後、そのまま８０℃で1時間攪拌した。
　反応終了後、この懸濁液を冷却して、ろ過した。ろ取した結晶を４００℃で、窒素気流下２時間加熱することにより、１０%白金担持担体（触媒（６））が８２８ｍｇ得られた。
　また、触媒（６）の元素分析結果からPtは８．５ｗｔ％であった。
触媒（６）を用いて、実施例１と同様に燃料電池用電極の製造と酸素還元能の評価を実施した。
　図１５に、実施例と同様の測定により得られた電流－電位曲線を示す。
　実施例４で作製した燃料電池用電極（６）は、酸素還元開始電位が０．９８Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）であり、高い酸素還元能を有することがわかった。

　［実施例５］
　１．触媒用担体の調製
炭化チタン（ＴｉＣ）５．１０ｇ（８５ｍｍｏｌ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）０．８０ｇ（１０ｍｍｏｌ）、窒化チタン（ＴｉＮ）０．３１ｇ（５ｍｍｏｌ）をよく混合して、１８００℃で３時間、窒素雰囲気中で加熱することにより、炭窒化チタン５．７３ｇが得られた。焼結体になるため、自動乳鉢で粉砕した。
　得られたチタンを含有する炭窒化物１．００ｇを、１容量％の酸素ガス含む４％水素含有窒素ガスを流しながら、管状炉で、１０００℃で１０時間加熱することにより、チタンを含有する炭窒酸化物（以下「触媒用担体（７）」とも記す。）１．３１gが得られた。
　得られた触媒用担体（７）の粉末Ｘ線回折スペクトルを図１６に示す。また、触媒用担体（７）の元素分析結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　得られたチタンを含有する炭窒酸化物の元素分析をしたところ、このチタンを含有する炭窒化物の組成式 TiＣxＮyＯzにおけるｘ、ｙ、ｚは、順に０．１３、０．０３、１．７４であり、ｘ＋ｙ＋ｚは１．９であった。
　２．触媒の調製（１０wt％の白金触媒の合成方法）
　チタンを含有する炭窒化物（粉砕した物を使用：粒径　100nm）０．９００gを蒸留水１００mlに加え、３０分間超音波洗浄器で振とうさせた。この懸濁液をホットプレートの上に置き、攪拌しながら液温を８０℃に維持した。この懸濁液の中に、炭酸ナトリウム（０．１７２g）を加えた。
　予め蒸留水５０ｍｌに塩化白金酸（H2PtCl6・6H2O）１３３ｍｇ（０．２５６mmol：白金量として５０ｍｇ）を溶解させた溶液を作製した。この溶液を、前記懸濁液に３０分掛けてゆっくり加えた（液温は８０℃に維持した）。滴下終了後、2時間そのまま８０℃で攪拌した。
　次にホルムアルデヒド水溶液（市販品：３７％）５mlを上記懸濁液にゆっくり加えた
。加え終えた後、そのまま８０℃で1時間攪拌した。
　反応終了後、この懸濁液を冷却して、ろ過した。ろ取した結晶を４００℃で、窒素気流下２時間加熱することにより、５%白金担持担体（触媒（７））が７９９ｍｇ得られた。
　また、触媒（７）の元素分析結果からPtは４．４ｗｔ％であった。
触媒（７）を用いて、実施例１と同様に燃料電池用電極の製造と酸素還元能の評価を実施した。
　図１７に、実施例と同様の測定により得られた電流－電位曲線を示す。
　実施例５で作製した燃料電池用電極（７）は、酸素還元開始電位が１．００Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）であり、高い酸素還元能を有することがわかった。
 産業上の利用の可能性
　本発明の触媒用担体は、耐熱性に優れ、比表面積を大きくしなくても高い触媒能を実現することができるので、各種触媒、特に燃料電池用触媒に好適に用いることができる。

Claims (10)

  1. 　金属炭窒酸化物からなることを特徴とする触媒用担体。
  2. 　前記金属炭窒酸化物の金属が、ニオブ、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムおよびニッケルからなる群より選択された少なくとも１種の金属である請求項１に記載の触媒用担体。
  3. 　前記金属炭窒酸化物の金属がニオブである請求項１に記載の触媒用担体。
  4. 　前記金属炭窒酸化物の組成式がＭＣxＮyＯz（ただし、Ｍは、ニオブ、錫、インジウム、白金、タンタル、ジルコニウム、銅、鉄、タングステン、クロム、モリブデン、ハフニウム、チタニウム、バナジウム、コバルト、マンガン、セリウム、水銀、プルトニウム、金、銀、イリジウム、パラジウム、イットリウム、ルテニウム、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウムおよびニッケルからなる群より選択された少なくとも１種の金属を表し、ｘ、ｙおよびｚは、それぞれ原子数の比を表し、０．０１≦ｘ≦２、０．０１≦ｙ≦２、０．０１≦ｚ≦３、かつｘ＋ｙ＋ｚ≦５である。）で表される請求項２に記載の触媒用担体。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の触媒用担体と、該触媒用担体に担持された触媒金属とからなる触媒。
  6. 　前記触媒金属が、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｇ、ＰｄおよびＲｕからなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項５に記載の触媒。
  7. 　前記触媒金属が、平均粒径が１～２０ｎｍの金属粒子である請求項５または６に記載の触媒。
  8. 　燃料電池用触媒である請求項５～７のいずれか１項に記載の触媒。
  9. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の触媒用担体に触媒金属を担持させる触媒の製造方法。
  10. 　触媒の前駆体を用いて触媒金属を担持させる請求項９に記載の触媒の製造方法。
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CN200980105965.4A CN101945701B (zh) 2008-02-20 2009-02-10 催化剂用载体、催化剂和其制造方法
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KR1020107020859A KR101202130B1 (ko) 2008-02-20 2009-02-10 촉매용 담체, 촉매 및 그 제조 방법
JP2009554278A JP5331011B2 (ja) 2008-02-20 2009-02-10 触媒用担体、触媒およびその製造方法
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011049173A1 (ja) * 2009-10-22 2011-04-28 昭和電工株式会社 直接液体型燃料電池用触媒および該触媒を用いた燃料電池
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
JP2011258354A (ja) * 2010-06-07 2011-12-22 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology 燃料電池用電極触媒およびその製造方法、ならびに固体高分子形燃料電池用膜電極接合体
US20120058415A1 (en) * 2009-05-11 2012-03-08 Showa Denko K.K. Catalyst, production process therefor and use thereof
WO2012098712A1 (ja) 2011-01-20 2012-07-26 昭和電工株式会社 触媒担体の製造方法、複合触媒の製造方法、複合触媒、およびこれを用いた燃料電池
CN102687319A (zh) * 2009-12-25 2012-09-19 昭和电工株式会社 墨、使用该墨形成的燃料电池用催化剂层及其用途
JPWO2010131636A1 (ja) * 2009-05-11 2012-11-01 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
WO2013105292A1 (ja) 2012-01-13 2013-07-18 昭和電工株式会社 酸素還元触媒およびその製造方法
WO2014010278A1 (ja) 2012-07-11 2014-01-16 昭和電工株式会社 燃料電池の運転方法および発電装置
WO2014017447A1 (ja) * 2012-07-25 2014-01-30 昭和電工株式会社 膜電極接合体、およびこれを備える燃料電池
US20140186743A1 (en) * 2011-09-09 2014-07-03 Showa Denko K.K. Fuel cell catalyst layer and uses thereof
WO2014192728A1 (ja) 2013-05-27 2014-12-04 昭和電工株式会社 触媒粒子、担持型触媒粒子、およびこれらの用途
WO2015005309A1 (ja) 2013-07-12 2015-01-15 昭和電工株式会社 酸素還元触媒およびその用途
WO2015005011A1 (ja) 2013-07-12 2015-01-15 昭和電工株式会社 酸素還元触媒、その用途およびその製造方法
US9136541B2 (en) 2010-02-10 2015-09-15 Showa Denko K.K. Process for producing fuel cell electrode catalyst, process for producing transition metal oxycarbonitride, fuel cell electrode catalyst and uses thereof

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5495798B2 (ja) 2008-01-18 2014-05-21 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
JP5331011B2 (ja) * 2008-02-20 2013-10-30 昭和電工株式会社 触媒用担体、触媒およびその製造方法
EP2347996B1 (en) * 2008-10-06 2014-12-31 Showa Denko K.K. Method for producing carbonitride mixture particle or oxycarbonitride mixture particle, and use thereof
JP5602730B2 (ja) * 2009-06-03 2014-10-08 昭和電工株式会社 燃料電池用触媒およびそれを用いた固体高分子型燃料電池
JP5574765B2 (ja) * 2010-03-11 2014-08-20 昭和電工株式会社 燃料電池用触媒層及びその用途
FR2972366B1 (fr) * 2011-03-08 2016-01-15 Rhodia Operations Procede de traitement d'un gaz contenant des oxydes d'azote (nox) utilisant comme catalyseur une composition a base de zirconium, de cerium et de niobium
WO2013035741A1 (ja) * 2011-09-06 2013-03-14 住友化学株式会社 電極触媒の分散液の製造方法、電極触媒の分散液、電極触媒の製造方法、電極触媒、電極構造体、膜電極接合体、燃料電池および空気電池
JP6257775B2 (ja) * 2013-12-11 2018-01-10 ゼァージァン ユニバーシティ 脱硝性能と水銀酸化性能を有する触媒とその製法
TWI549346B (zh) * 2015-08-17 2016-09-11 國立臺灣科技大學 燃料電池用的觸媒及其製造方法
CN106582771B (zh) * 2016-12-30 2018-11-30 太原理工大学 一种宽光谱响应的磁性可见光催化剂的制备方法
CN107790152B (zh) * 2017-06-26 2021-02-23 湖南大学 一种用于脱除有害气体的催化剂及其制备方法和应用
CN111282568A (zh) * 2020-03-20 2020-06-16 北京工业大学 一种铕镝掺杂铈锆固熔体负载铑催化剂的制备方法和应用
CN113578358B (zh) * 2021-05-26 2023-09-05 东莞理工学院 一种Pt/NVC-g-C3N4光催化材料及其制备方法和应用
CN113441165B (zh) * 2021-07-30 2022-11-29 陕西科技大学 一种VN/g-C3N4复合光催化剂及其制备方法
CN113745552B (zh) * 2021-08-17 2024-04-09 西安交通大学 用于直接乙醇和甲醇燃料电池的碳载钯锡氮化钽纳米电催化剂及其制备方法
CN113854314A (zh) * 2021-09-13 2021-12-31 中国科学院深圳先进技术研究院 光催化抗菌材料及其制备方法和光催化抗菌剂
CN113996307B (zh) * 2022-01-04 2022-05-20 浙江师范大学 制备高能量密度燃料的催化剂载体及制备方法和应用
CN114950527B (zh) * 2022-05-31 2023-09-08 安徽大学 一种用于偶氮苯类化合物合成的催化剂
CN116666669B (zh) * 2023-07-25 2023-10-03 四川大学 VN负载的Ir团簇及其制备方法与其在催化剂中的用途

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002273224A (ja) 2001-03-22 2002-09-24 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池の電極触媒層
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
JP2003342058A (ja) * 2002-05-23 2003-12-03 Sumitomo Special Metals Co Ltd 薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料
JP2003346814A (ja) * 2002-05-29 2003-12-05 Nec Corp 燃料電池用触媒担持粒子およびそれを用いた複合電解質、触媒電極、燃料電池、ならびにそれらの製造方法
WO2006002228A2 (en) * 2004-06-22 2006-01-05 Ballard Power Systems Inc. Catalyst support for an electrochemical fuel cell
WO2009031383A1 (ja) * 2007-09-07 2009-03-12 Showa Denko K.K. 触媒およびその製造方法ならびにその用途

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3334992A (en) * 1964-01-27 1967-08-08 Union Carbide Corp Vanadium containing addition agent and process for producing same
US3383196A (en) 1965-02-19 1968-05-14 Union Carbide Corp Vanadium carbide process
DE1667432A1 (de) * 1966-11-25 1971-07-08 Centre Nat Rech Scient Neues Verfahren zur Herstellung von einfachen oder gemischten Carbonitriden oder Oxycarbonitriden von UEbergangsmetallen und neue Metallcarbonitride oder -oxycarbonitride,die diese Metalle enthalten
BE755793A (nl) * 1969-09-09 1971-02-15 Hollandse Metallurg Ind Billit Werkwijze ter bereiding van vanadiumcarbide en/of - carbonitride en/of - nitrile houdend materiaal
US4212670A (en) * 1978-03-13 1980-07-15 Alyamovsky Stanislav I Titanium oxycarbonitride based hard alloy
US4476102A (en) 1980-11-24 1984-10-09 Exxon Research And Engineering Co. Molybdenum oxycarbonitride compositions and process for preparing the same
US4426366A (en) * 1980-11-24 1984-01-17 Exxon Research And Engineering Co. Novel molybdenum oxycarbonitride compositions
US4418154A (en) 1980-12-15 1983-11-29 Exxon Research And Engineering Co. CO Hydrogenation process using molybdenum oxycarbonitride catalyst
DE3369772D1 (en) 1982-07-31 1987-03-12 Bbc Brown Boveri & Cie Multifilament superconductor and method of making the same
DE3440590A1 (de) 1984-11-07 1986-05-07 BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden, Aargau Verfahren zur herstellung von supraleitenden faserbuendeln
US5417952A (en) * 1994-05-27 1995-05-23 Midwest Research Institute Process for synthesizing titanium carbide, titanium nitride and titanium carbonitride
WO1996035004A1 (en) 1995-05-01 1996-11-07 E.I. Du Pont De Nemours And Company Electrochemical cell having an oxide growth resistant current distributor
US5811624A (en) * 1995-09-05 1998-09-22 Exxon Research And Engineering Company Selective opening of five and six membered rings
US6297185B1 (en) 1998-02-23 2001-10-02 T/J Technologies, Inc. Catalyst
US6132695A (en) 1998-05-29 2000-10-17 The Regents Of The University Of California Supported metal alloy catalysts
US6168694B1 (en) * 1999-02-04 2001-01-02 Chemat Technology, Inc. Methods for and products of processing nanostructure nitride, carbonitride and oxycarbonitride electrode power materials by utilizing sol gel technology for supercapacitor applications
US6799076B2 (en) 1999-12-07 2004-09-28 Greatbatch-Hittman, Inc. Coated electrode and method of making a coated electrode
US6623720B2 (en) * 2000-03-31 2003-09-23 The Regents Of The University Of Michigan Transition metal carbides, nitrides and borides, and their oxygen containing analogs useful as water gas shift catalysts
DE10335130A1 (de) 2003-07-31 2005-02-24 Blue Membranes Gmbh Immobilisierung von Katalysatoren auf porösen Körpern auf Kohlenstoffbasis
DE112006001111B4 (de) 2005-05-02 2009-06-25 General Motors Global Technology Operations, Inc., Detroit Brennstoffzellen
US7767330B2 (en) 2005-05-04 2010-08-03 Gm Global Technology Operations, Inc. Conductive matrices for fuel cell electrodes
JP5495798B2 (ja) * 2008-01-18 2014-05-21 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
JP5374387B2 (ja) * 2008-01-18 2013-12-25 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
JP5331011B2 (ja) * 2008-02-20 2013-10-30 昭和電工株式会社 触媒用担体、触媒およびその製造方法
EP2347996B1 (en) * 2008-10-06 2014-12-31 Showa Denko K.K. Method for producing carbonitride mixture particle or oxycarbonitride mixture particle, and use thereof
US8404610B2 (en) * 2009-07-16 2013-03-26 Showa Denko K.K. Process for producing fuel cell catalyst, fuel cell catalyst obtained by production process, and uses thereof
US8709964B2 (en) * 2010-09-14 2014-04-29 Basf Se Process for producing a carbon-comprising support

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002273224A (ja) 2001-03-22 2002-09-24 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池の電極触媒層
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
JP2003342058A (ja) * 2002-05-23 2003-12-03 Sumitomo Special Metals Co Ltd 薄膜磁気ヘッド用セラミックス基板材料
JP2003346814A (ja) * 2002-05-29 2003-12-05 Nec Corp 燃料電池用触媒担持粒子およびそれを用いた複合電解質、触媒電極、燃料電池、ならびにそれらの製造方法
WO2006002228A2 (en) * 2004-06-22 2006-01-05 Ballard Power Systems Inc. Catalyst support for an electrochemical fuel cell
WO2009031383A1 (ja) * 2007-09-07 2009-03-12 Showa Denko K.K. 触媒およびその製造方法ならびにその用途

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2258474A4

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120058415A1 (en) * 2009-05-11 2012-03-08 Showa Denko K.K. Catalyst, production process therefor and use thereof
US9048499B2 (en) * 2009-05-11 2015-06-02 Showa Denko K.K. Catalyst, production process therefor and use thereof
JPWO2010131636A1 (ja) * 2009-05-11 2012-11-01 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
JP5713891B2 (ja) * 2009-05-11 2015-05-07 昭和電工株式会社 触媒及びその製造方法ならびにその用途
WO2011049173A1 (ja) * 2009-10-22 2011-04-28 昭和電工株式会社 直接液体型燃料電池用触媒および該触媒を用いた燃料電池
CN102687319A (zh) * 2009-12-25 2012-09-19 昭和电工株式会社 墨、使用该墨形成的燃料电池用催化剂层及其用途
US9136541B2 (en) 2010-02-10 2015-09-15 Showa Denko K.K. Process for producing fuel cell electrode catalyst, process for producing transition metal oxycarbonitride, fuel cell electrode catalyst and uses thereof
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
JP2011258354A (ja) * 2010-06-07 2011-12-22 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology 燃料電池用電極触媒およびその製造方法、ならびに固体高分子形燃料電池用膜電極接合体
CN103402633A (zh) * 2011-01-20 2013-11-20 昭和电工株式会社 催化剂载体的制造方法、复合催化剂的制造方法、复合催化剂和使用该复合催化剂的燃料电池
US9318749B2 (en) 2011-01-20 2016-04-19 Showa Denko K.K. Process for producing catalyst carrier, process for producing composite catalyst, composite catalyst, and fuel cell using same
JP5855023B2 (ja) * 2011-01-20 2016-02-09 昭和電工株式会社 触媒担体の製造方法、複合触媒の製造方法、複合触媒、およびこれを用いた燃料電池
US9640801B2 (en) 2011-01-20 2017-05-02 Showa Denko K.K. Process for producing catalyst carrier, process for producing composite catalyst, composite catalyst, and fuel cell using same
WO2012098712A1 (ja) 2011-01-20 2012-07-26 昭和電工株式会社 触媒担体の製造方法、複合触媒の製造方法、複合触媒、およびこれを用いた燃料電池
US9570757B2 (en) * 2011-09-09 2017-02-14 Showa Denko K.K. Fuel cell catalyst layer and uses thereof
US20140186743A1 (en) * 2011-09-09 2014-07-03 Showa Denko K.K. Fuel cell catalyst layer and uses thereof
WO2013105292A1 (ja) 2012-01-13 2013-07-18 昭和電工株式会社 酸素還元触媒およびその製造方法
US9947936B2 (en) 2012-01-13 2018-04-17 Showa Denko K.K. Oxygen reduction catalyst and method for producing same
KR20150032302A (ko) 2012-07-11 2015-03-25 쇼와 덴코 가부시키가이샤 연료 전지의 운전 방법 및 발전 장치
WO2014010278A1 (ja) 2012-07-11 2014-01-16 昭和電工株式会社 燃料電池の運転方法および発電装置
JP5562501B2 (ja) * 2012-07-11 2014-07-30 昭和電工株式会社 燃料電池の運転方法および発電装置
JPWO2014017447A1 (ja) * 2012-07-25 2016-07-11 昭和電工株式会社 膜電極接合体、およびこれを備える燃料電池
CN104488119A (zh) * 2012-07-25 2015-04-01 昭和电工株式会社 膜电极接合体和具有膜电极接合体的燃料电池
WO2014017447A1 (ja) * 2012-07-25 2014-01-30 昭和電工株式会社 膜電極接合体、およびこれを備える燃料電池
JPWO2014192728A1 (ja) * 2013-05-27 2017-02-23 昭和電工株式会社 担持型触媒粒子、およびその用途
WO2014192728A1 (ja) 2013-05-27 2014-12-04 昭和電工株式会社 触媒粒子、担持型触媒粒子、およびこれらの用途
KR20160022353A (ko) 2013-07-12 2016-02-29 쇼와 덴코 가부시키가이샤 산소 환원 촉매, 그 용도 및 그 제조 방법
WO2015005309A1 (ja) 2013-07-12 2015-01-15 昭和電工株式会社 酸素還元触媒およびその用途
US9660272B2 (en) 2013-07-12 2017-05-23 Showa Denko K.K. Oxygen reduction catalyst and use thereof
WO2015005011A1 (ja) 2013-07-12 2015-01-15 昭和電工株式会社 酸素還元触媒、その用途およびその製造方法
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