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合金化度と分散性を制御したPtRu/C触媒及びその製造方法

国内特許コード P110002423
整理番号 S2009-1170-N0
掲載日 2011年4月18日
出願番号 特願2009-228054
公開番号 特開2011-072934
登録番号 特許第5471252号
出願日 平成21年9月30日(2009.9.30)
公開日 平成23年4月14日(2011.4.14)
登録日 平成26年2月14日(2014.2.14)
発明者
  • 山中 俊朗
  • 竹口 竜弥
  • 上田 渉
出願人
  • 国立大学法人北海道大学
発明の名称 合金化度と分散性を制御したPtRu/C触媒及びその製造方法
発明の概要 【課題】従来のPtRu/C触媒と比較して優れたCO耐性を有する燃料電池アノード用触媒及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るPtRu/C触媒の製造方法は、炭素材料からなる担体に白金が担持された白金触媒にルテニウムを更に担持するRu担持工程と、水素ガスの存在下、Ru担持工程を経て得られた被処理物を熱処理してPtRu/C触媒を得る熱処理工程を備え、熱処理工程において、被処理物が到達する最高温度が750~1000℃であり且つ当該被処理物の温度が750℃以上となる時間が15~300秒となるように温度調整をすることを特徴とする。
【選択図】図9
従来技術、競合技術の概要



固体高分子形燃料電池は、従来の発電技術と比較して高いエネルギー効率を達成し得ることから、環境負荷の少ない電力発生源としてその実用化が期待されている。固体高分子形燃料電池のアノード(燃料極)に対して水素を供給し、カソード(空気極)に対して空気を供給すると、下記の反応が生じる。すなわち、アノード触媒の働きにより燃料極において水素イオン(プロトン)が生じ、電解質膜を通過したプロトンと酸素が結合して空気極において水が生じる。

燃料極:H→2H+2e

空気極:1/2O+2H+2e→H





燃料となる水素は、天然ガスを水蒸気改質して生成されることが多い。この方法で作られた水素は微量の一酸化炭素(CO)を含んでおり、COがアノード触媒に吸着して触媒活性を下げることが知られている。そのため、CO耐性の高いアノード触媒の開発に向けて様々な取り組みがなされている。





これまでに開発された触媒の中では、カーボン微粒子に白金及びルテニウムを担持した触媒(PtRu/C触媒)が最も優れたCO耐性を有するものとして知られている(特許文献1-4及び非特許文献1を参照)。特許文献1には熱処理によりPtとRuを合金化させる合金触媒の製造方法が記載されている。特許文献2,3では金属粒子のサイズとCO耐性との関係が検討され、特許文献4及び非特許文献1ではPtとRuの組成比とCO耐性との関係が検討されている。

産業上の利用分野



本発明は、固体高分子形燃料電池のアノードに使用される触媒に関し、より詳しくは炭素材料からなる担体と、これに担持された白金及びルテニウムとを含有し、優れた一酸化炭素耐性を有するPtRu/C触媒及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
炭素材料からなる担体に白金が担持された白金触媒にルテニウムを更に担持するRu担持工程と、
水素ガスの存在下、前記Ru担持工程を経て得られた被処理物を熱処理してPtRu/C触媒を得る熱処理工程を備え、
前記熱処理工程において、前記被処理物が到達する最高温度が750~1000℃であり且つ当該被処理物が750℃以上の温度で加熱される時間が15~300秒となるように温度調整をすることを特徴とするPtRu/C触媒の製造方法。

【請求項2】
前記熱処理工程は、30~90℃/分の加熱速度で昇温するステップを有することを特徴とする、請求項1に記載の製造方法。

【請求項3】
前記熱処理工程において、前記最高温度に保持する時間が60秒未満であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の製造方法。

【請求項4】
前記熱処理工程は、5~80℃/分の冷却速度で降温するステップを有することを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の製造方法。

【請求項5】
炭素材料からなる担体と、前記担体に担持された白金及びルテニウムとを含むPtRu/C触媒であって、
当該触媒のメタノール酸化特性を赤外吸収法で測定したとき、電位0.2Vにおいて測定される赤外スペクトルが二酸化炭素の生成を示す吸収ピークを有することを特徴とする固体高分子形燃料電池のアノード触媒であるPtRu/C触媒。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2009228054thum.jpg
出願権利状態 登録
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