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有機化合物触媒体とその製造方法 UPDATE コモンズ

国内特許コード P150012324
整理番号 NU-603
掲載日 2015年10月6日
出願番号 特願2015-094302
公開番号 特開2016-209798
出願日 平成27年5月1日(2015.5.1)
公開日 平成28年12月15日(2016.12.15)
発明者
  • 齋藤 永宏
  • 橋見 一生
  • 西脇 祐太
  • 許 容康
  • 上野 智永
  • ブラテスク・マリア
出願人
  • 公益財団法人科学技術交流財団
  • 国立大学法人名古屋大学
発明の名称 有機化合物触媒体とその製造方法 UPDATE コモンズ
発明の概要 【課題】白金触媒の代替触媒として有用な、新規な有機化合物触媒体とその簡便な製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】有機原料化合物として、炭素、水素および酸素以外の異種元素を含み、少なくとも一部に環構造を有する環式化合物を用意すること、導電性炭素材料を用意すること、有機原料化合物を含む液中でプラズマを発生させることにより炭素系触媒を合成すること、炭素系触媒と導電性炭素材料とを接触させて有機化合物触媒体を得ること、を含む、有機化合物触媒体の製造方法とする。
【選択図】図8
従来技術、競合技術の概要


燃料電池は、高いエネルギー変換効率に加えて、排ガスがクリーンであることから、環境負荷の少ない新しい電源として注目を集めている。この燃料電池は、使われる電解質の種類によって様々な方式に分類され、なかでもプロトン導電性の固体高分子電解質膜を使用する固体高分子形燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell:PEFC、以下、単に「PEFC」と記す。)は、小型軽量化が可能で、100℃以下という低い温度で動作すること等から、電気自動車や携帯機器等用の電源あるいは電気と熱を併給(コジェネレーション)する家庭用据え置き用電源等として実用化が進められている。



PEFCは、一般的にアノードと、カソードと、アノードとカソードとの間に配される高分子電解質膜とを含む、膜-電極接合体によって構成されている。そしてPEFCのアノードには、主として燃料として用いられる水素を酸化する水素酸化反応(Hydrogen Oxidation Reaction:HOR)を促進させる触媒が備えられ、カソードには、酸化剤を還元する酸素還元反応(Oxygen Reduction Reaction:ORR)を促進させる触媒が備えられている。ここで、反応速度の遅いカソードには、高いORR活性を示す白金触媒が広く一般に使用されているが、白金触媒は価格が高いことや、PEFCに使用した場合の耐久性が低いこと等から、白金触媒に代わる新たな触媒が求められている。

産業上の利用分野


本発明は、有機化合物触媒体とその製造方法に関する。より詳細には、酸素還元反応(ORR)活性を示す有機化合物触媒体とその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
有機原料化合物として、炭素、水素および酸素以外の異種元素を含み、少なくとも一部に環構造を有する環式化合物を用意すること、
導電性炭素材料を用意すること、
前記有機原料化合物を含む液中でプラズマを発生させることにより炭素系触媒を合成すること、
前記炭素系触媒と前記導電性炭素材料とを接触させて有機化合物触媒体を得ること、
を含む、有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項2】
前記環式化合物は、前記環構造の骨格に前記異種元素を含む複素環式化合物である、請求項1に記載の有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項3】
前記有機化合物触媒体は、前記炭素系触媒と前記導電性炭素材料とを混合することで得る、請求項1または2に記載の有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項4】
前記環式化合物は、少なくとも一部に5員環と6員環とが縮合した化学構造を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項5】
前記環式化合物は、少なくともインドールまたはその誘導体を含む、請求項4に記載の有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項6】
前記有機化合物触媒体は、前記有機原料化合物と前記導電性炭素材料とを含む液中でプラズマを発生させることにより、前記導電性炭素材料の表面に前記炭素系触媒を付着させることで得る、請求項1または2に記載の有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項7】
前記環式化合物は、6員環を1つ有する単環化合物である、請求項6に記載の有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項8】
前記環式化合物は、少なくともピリジンまたはその誘導体を含む、請求項7に記載の有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項9】
前記有機原料化合物を含む前記液は、常温で液体の芳香族化合物である、請求項1~8のいずれか1項に記載の有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項10】
前記導電性炭素材料は、カーボンナノチューブ、カーボンブラックおよびグラフェンからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1~9のいずれか1項に記載の有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項11】
前記有機化合物触媒体は、前記炭素系触媒と前記導電性炭素材料との合計を100質量%としたとき、前記炭素系触媒を30質量%以上100質量%未満の割合で含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項12】
前記プラズマは、前記液中に一対の線状電極を配置し、前記電極間にパルス幅が0.1μs~5μsで、周波数が10~10Hzの直流パルス電圧を印加することで発生させる、請求項1~11のいずれか1項に記載の有機化合物触媒体の製造方法。

【請求項13】
炭素系触媒と導電性炭素材料とを含み、
前記炭素系触媒は、
炭素、水素および酸素以外の異種元素を含み、少なくとも一部に環構造を有する環式化合物を有機原料化合物とし、
前記有機原料化合物を含む液中でプラズマを発生させることにより合成されている、有機化合物触媒体。

【請求項14】
前記環式化合物は、前記環構造の骨格に前記異種元素を含む複素環式化合物である、請求項13に記載の有機化合物触媒体。

【請求項15】
前記炭素系触媒と前記導電性炭素材料とが混合されている、請求項13または14に記載の有機化合物触媒体。

【請求項16】
前記環式化合物は、少なくとも一部に5員環と6員環とが縮合した化学構造を有する、請求項13~15のいずれか1項に記載の有機化合物触媒体。

【請求項17】
前記環式化合物は、少なくともインドールまたはその誘導体を含む、請求項16に記載の有機化合物触媒体。

【請求項18】
前記導電性炭素材料の表面に前記炭素系触媒が担持されている、請求項13または14に記載の有機化合物触媒体。

【請求項19】
前記環式化合物は、6員環を1つ有する単環化合物である、請求項18に記載の有機化合物触媒体。

【請求項20】
前記環式化合物は、少なくともピリジンまたはその誘導体を含む、請求項19に記載の有機化合物触媒体。

【請求項21】
前記炭素系触媒と前記導電性炭素材料との合計を100質量%としたとき、前記炭素系触媒を30質量%以上100質量%未満の割合で含む、請求項13~20のいずれか1項に記載の有機化合物触媒体。

【請求項22】
請求項1~12のいずれか1項に記載の製造方法により製造された有機化合物触媒体を備える、固体高分子形燃料電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 公開
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