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白金架橋ナノワイヤ粒子担持カーボン及びその製造方法 コモンズ

国内特許コード P09A015017
整理番号 E-068
掲載日 2010年2月19日
出願番号 特願2007-037200
公開番号 特開2008-201602
登録番号 特許第5004163号
出願日 平成19年2月16日(2007.2.16)
公開日 平成20年9月4日(2008.9.4)
登録日 平成24年6月1日(2012.6.1)
発明者
  • 木島 剛
  • 酒井 剛
  • 林 祐一
  • 魚田 将史
出願人
  • 国立大学法人 宮崎大学
発明の名称 白金架橋ナノワイヤ粒子担持カーボン及びその製造方法 コモンズ
発明の概要

【課題】燃料電池用の電極触媒などとして用いることができる、白金をナノサイズレベルで形状制御してカーボンに担持させた新規な白金-カーボン複合体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】白金ナノ粒子を担持したカーボンにおいて、前記白金ナノ粒子が、白金元素によってその骨格が形成され、かつ直径1~5nmの交差結合したワイヤ状骨格が3次元的に架橋した外径5~100nmの単結晶からなる又は微結晶が連結したワイヤ状形態を有することを特徴とする。また、白金錯化合物、二種類の非イオン性界面活性剤、水、及び各種カーボンからなるからなる反応混合物を調製し、次いでこの反応混合物に還元剤水溶液を添加して反応させる白金ナノ粒子を担持したカーボンの製造方法において、前記反応混合物を減圧下で調製することにより、白金架橋ナノワイヤ粒子を生成させることを特徴とする。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


エネルギー変換及び物質変換のための各種電極触媒並びにガス拡散電極は、一般に、カーボン等の導電性担体に、金属塩の水溶液あるいはコロイド分散系を用いて金属成分を導入したのち、焼成、水素還元などの処理を行い調製する方法や(非特許文献1)、CVDなどの気相法を用いて調製される。つまり、電極触媒は、固体担体の表面に金属粒子を担持した複合粒子の形で調製され、その活性は、金属種はもとより、担持された金属微粒子の大きさ、結晶面の種類、担体の種類などによって変化し、微粒子の形状および大きさの制御は特に重要である。



このため、白金触媒及び白金電極触媒の調製法として、上記の一般的な方法を様々に工夫することに加えて、ポリビニルピロリドンなどの保護剤存在下で液相還元し白金コロイドを作製する方法(非特許文献2)なども開発されてきている。



最近では、メソポーラスシリカを鋳型とする光還元、Hガス及び電着法を用いた還元により白金ナノワイヤが得られており、(非特許文献3、4)また、パラジウムについても、シリカを鋳型として、その細孔径に応じた直径および長さをもつナノワイヤが合成されている(非特許文献5)。また、三次元細孔構造をもつメソポーラスシリカを鋳型とする水素還元により、白金ワイヤが三次元網目状に連結し、シリカ壁の厚さに相当する直径約3nmの細孔をもつポーラス白金粒子が得られているが(非特許文献6)、いずれもカーボン上への担持についての言及はない。



一方、本発明者らは、二種類の界面活性剤から成る液晶を鋳型として塩化白金酸を還元する手法を開発し、還元剤および白金塩の種類によって、外径5~7nm、内径2~4nmの白金、パラジウムなどの白金ナノチューブ、直径1.5~4nm、外径20~100nmのスポンジ状白金ナノ粒子及び該スポンジ状白金ナノ粒子(スポンジ状形態を有する白金ナノシート)担持カーボンを製造した(特許文献1、特許文献2、特許文献3)。



しかしながら、上記の文献に開示されている白金ナノ構造体は、あくまで独立して生成するバルクの超微粉やスポンジ状白金ナノ粒子(シート)担持カーボンであり、白金架橋ナノワイヤ粒子担持カーボンについての言及はない。




【非特許文献1】富永博夫ほか1名、化学総説「触媒設計」、日本化学会編、1982年、p.50-63

【非特許文献2】N. Toshimaほか1名、Bull. Chem. Soc. Jpn., 65, 400 (1992)

【非特許文献3】M. Sasakiほか6名、MicroporousMesoporous Mater., 21, 597 (1998).

【非特許文献4】Z. Liuほか7名、Angew. Chem. Int. Ed., 39, 3107 (2000).

【非特許文献5】K-. B. Leeほか2名、Adv. Mater., 13, 7, 517 (2001).

【非特許文献6】H. J. Shinほか3名J. Am. Chem. Soc., 123, 1246-1247 (2001).

【特許文献1】木島 剛、特開2004-034228

【特許文献2】木島 剛、ほか1名、特開2006-045582

【特許文献3】木島 剛、ほか1名、特開2006-228450

産業上の利用分野


本発明は、白金の化学的及び電気化学的特性を利用した燃料電池用電極触媒などの各種電気化学反応に用いる触媒、自動車排ガス処理用触媒等の産業及び環境分野における各種化学反応に用いる触媒、燃料電池用ガス拡散電極、金属―空気電池用ガス拡散電極、食塩電解用ガス拡散電極、電気分解用等のガス拡散電極、マイクロリアクター構成材料、物質貯蔵材料、各種センサ、ペースト、電気配線材、電気抵抗体、キャパシタ、永久磁石などの機能性材料として使用される新規な白金架橋ナノワイヤ粒子担持カーボン及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
白金ナノ粒子を担持したカーボンにおいて、前記白金ナノ粒子が、白金元素によってその骨格が形成され、かつ直径1~5nmの交差結合したワイヤ状骨格が3次元的に架橋した外径5~100nmの単結晶からなる又は微結晶が連結したワイヤ状形態を有する白金架橋ナノワイヤ粒子であることを特徴とする、白金ナノ粒子を担持したカーボン。

【請求項2】
白金錯化合物、及び、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンソルビタンエステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンアルキルフェニールエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーよりなる群から選択された二種類の非イオン性界面活性剤、水、並びに各種カーボンからなる反応混合物を調製し、次いでこの反応混合物に還元剤水溶液を添加して反応させる白金ナノ粒子を担持したカーボンの製造方法において、前記反応混合物を減圧下で調製することにより、白金元素によってその骨格が形成され、かつ交差結合したワイヤ状骨格が3次元的に架橋した単結晶からなる又は微結晶が連結したワイヤ状形態を有する白金架橋ナノワイヤ粒子を生成させることを特徴とする、白金ナノ粒子を担持したカーボンの製造方法。

【請求項3】
前記白金錯化合物が、ヘキサクロロ白金酸又はその塩であることを特徴とする請求項2に記載の白金ナノ粒子を担持したカーボンの製造方法。

【請求項4】
前記ポリオキシエチレンアルキルエーテル類が、ノナエチレングリコールドデシルエーテル又はノナエチレングリコールモノヘキサデシルエーテルであることを特徴とする請求項2又は3に記載の白金ナノ粒子を担持したカーボンの製造方法。

【請求項5】
前記ポリオキシエチレンソルビタンエステルが、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレートであることを特徴とする請求項2~4のいずれか一項に記載の白金ナノ粒子を担持したカーボンの製造方法。

【請求項6】
前記還元剤水溶液が、ヒドラジン水溶液であることを特徴とする請求項2~5のいずれか一項に記載の白金ナノ粒子を担持したカーボンの製造方法。

【請求項7】
請求項1に記載の白金ナノ粒子を担持したカーボンからなる触媒材料。

【請求項8】
請求項1に記載の白金ナノ粒子を担持したカーボンからなる電極用材料。
産業区分
  • 無機化合物
  • その他無機化学
  • 高分子化合物
  • その他機械要素
  • 電線ケーブル
  • その他電子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007037200thum.jpg
出願権利状態 権利存続中


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