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貴金属系触媒担持導電性高分子複合体およびその製造方法

国内特許コード P08A013930
整理番号 KP05-062
掲載日 2008年10月31日
出願番号 特願2005-373455
公開番号 特開2007-175558
登録番号 特許第4797166号
出願日 平成17年12月26日(2005.12.26)
公開日 平成19年7月12日(2007.7.12)
登録日 平成23年8月12日(2011.8.12)
発明者
  • 出来 成人
  • 水畑 穣
出願人
  • 国立大学法人神戸大学
発明の名称 貴金属系触媒担持導電性高分子複合体およびその製造方法
発明の概要 【課題】触媒の利用効率が向上され、且つ、触媒微粒子の拡散などによる経時的な触媒活性の低下が生じ難い、貴金属系触媒担持導電性高分子複合体とその製造方法を提供する。
【解決手段】カーボン粉末、貴金属系触媒および導電性高分子を含み、前記カーボン粉末が、前記貴金属触媒が均一に分散担持した導電性高分子で被覆されていることを特徴とする貴金属系触媒担持導電性高分子複合体である。
また、本発明の貴金属系触媒担持導電性高分子複合体の製造方法とは、カーボン粉末を酸化処理し、前記カーボン粉末を、貴金属系錯体陽イオンを溶存種として含有する溶液に浸漬した後、乾燥して、前記貴金属系錯体が担持されたカーボン粉末を得、このカーボン粉末を導電性高分子の原料単量体溶液中で、前記貴金属錯体を酸化剤として導電性高分子の重合反応を行い、カーボン粉末上に導電性高分子と貴金属系触媒とを同時に担持させる。
【選択図】図7
従来技術、競合技術の概要


白金等の貴金属系触媒は優れた触媒効果を有することから、様々な分野で利用されている。例えば、燃料電池や電気化学プロセスにおいては、カーボン等の担体上に触媒活性成分である貴金属を分散担持させたものが用いられている。



近年、環境適合性や高いエネルギー効率から次世代自動車や家庭用の電源として開発が進められている固体高分子型燃料電池(PEFC)の触媒層にも、触媒成分として白金を含む貴金属系触媒が用いられている。上記触媒層については、コスト削減のため、白金の使用量を低減する方法や、燃料に改質ガスを使用した場合のガス中のCOによる電極触媒の被毒を防ぐ方法など、触媒活性の向上や、長期に亘って電極触媒の活性を維持させる方法についての検討が重ねられている。



上記触媒層の問題を解決する技術として、例えば、特許文献1には、粒子径の小さな白金微粒子をカーボン粒子上に分散担持させることで、反応表面積を増大させ、単位触媒質量当たりの活性を高める技術が開示されている。



また、燃料電池の電極反応はいわゆる3相界面(電解質‐電極触媒‐反応ガス)で起こるが、PEFCでは電解質が固体であるため、反応場が電極と膜との接触界面に限定され、白金の利用率が低下することも知られている。このような問題を解決する手段として、導電性高分子中に触媒微粒子を分散させ、反応場を三次元化することが提案されている。例えば、特許文献2には、塩化白金酸とアニリンとを含む水溶液中に、カーボンペーパーを接触させ、アニリンを電気化学的に酸化重合させることで、このカーボンペーパー表面に、白金イオンを含有するポリアニリン層を形成させ、その後ポリアニリン中の白金イオンを還元して燃料電池電極を製造する方法が開示されている。また、特許文献3には、導電性高分子材料中に微細な貴金属系触媒を均一に分散させた複合体が開示されている。
【特許文献1】
特許第2642888号公報
【特許文献2】
特開2005‐56833号公報
【特許文献3】
特開2004‐359724号公報

産業上の利用分野


本発明は、貴金属系触媒担持導電性高分子複合体およびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
酸化処理によりカーボン粉末表面に形成された親水性基の陽イオンが、貴金属系錯体陽イオンでイオン交換されてなる貴金属系錯体を担持するカーボン粉末上に、導電性高分子の原料単量体溶液中で、前記貴金属系錯体を酸化剤として導電性高分子の重合反応を行い、カーボン粉末上に導電性高分子と貴金属系触媒とを同時に生成させることで、前記カーボン粉末を、前記貴金属系触媒を均一に分散担持した導電性高分子で被覆したことを特徴とする貴金属系触媒担持導電性高分子複合体。

【請求項2】
前記貴金属系触媒が、平均粒径3nm以下、最大粒径10nm以下の貴金属粒子である請求項1に記載の貴金属系触媒担持導電性高分子複合体。

【請求項3】
前記貴金属系触媒が、白金触媒、ロジウム触媒、ルテニウム触媒、金触媒、パラジウム触媒よりなる群から選択される1種以上のものである請求項1または2に記載の貴金属系触媒担持導電性高分子複合体。

【請求項4】
前記貴金属系触媒が、白金触媒である請求項1~3のいずれかに記載の貴金属系触媒担持導電性高分子複合体。

【請求項5】
前記導電性高分子が、ポリピロール、ポリアニリンおよびポリチオフェンよりなる群から選択される1種以上のものである請求項1~4のいずれかに記載の貴金属系触媒担持導電性高分子複合体。

【請求項6】
前記導電性高分子が、ポリピロールである請求項1~5のいずれかに記載の貴金属系触媒担持導電性高分子複合体。

【請求項7】
燃料電池電極として用いられるものである請求項1~6のいずれかに記載の貴金属系触媒担持導電性高分子複合体。

【請求項8】
カーボン粉末を酸化処理し、
前記カーボン粉末を、貴金属系錯体陽イオンを溶存種として含有する溶液に浸漬した後、乾燥して、前記貴金属系錯体が担持されたカーボン粉末を得、
このカーボン粉末を導電性高分子の原料単量体溶液中で、前記貴金属錯体を酸化剤として導電性高分子の重合反応を行い、カーボン粉末上に導電性高分子と貴金属系触媒とを同時に担持させることを特徴とする貴金属系触媒担持導電性高分子複合体の製造方法。

【請求項9】
酸化剤として、さらに遷移金属錯体を使用する請求項8に記載の貴金属系触媒担持導電性高分子複合体の製造方法。

【請求項10】
前記遷移金属錯体の前駆体として、塩化鉄、塩化ニッケル、塩化クロム、塩化コバルトおよび塩化マンガンよりなる群から選択される1種以上のものである請求項9に記載の貴金属系触媒担持導電性高分子複合体の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005373455thum.jpg
出願権利状態 登録
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