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コアシェル構造型触媒層の製造方法

国内特許コード P180015156
整理番号 N17080
掲載日 2018年7月13日
出願番号 特願2018-030220
公開番号 特開2019-141809
出願日 平成30年2月22日(2018.2.22)
公開日 令和元年8月29日(2019.8.29)
発明者
  • 福長 博
  • 杉本 渉
  • 望月 大
  • 滝本 大裕
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 コアシェル構造型触媒層の製造方法
発明の概要 【課題】銅のアンダーポテンシャル析出法を利用して白金をシェル化したコアシェル構造型触媒層の新しい量産可能な製造方法を提供する。
【解決手段】予めコアとなる金属で作製した金属触媒層に対して銅をアンダーポテンシェル析出させる工程と、アンダーポテンシェル析出した銅を白金で置換してシェル化する工程とを有する方法でコアシェル構造型触媒層を製造する。このとき、金属触媒層が、金属が担持されたシート状カーボンであり、その金属触媒層が、パラジウム若しくはルテニウム等の白金族金属、銅、ニッケル、コバルト又はそれらの合金が担持されたシート状カーボンであることが好ましい。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

近年、環境負荷の小さい発電システムとして、固体高分子形燃料電池(PEFCという。)が注目されている。PEFCは低温作動であるため、起動・停止が容易であるが、反応速度が遅いので活性の高い触媒を使用する必要がある。通常、PEFCにはカーボンブラック担体に白金微粒子を高分散担持させた白金担持カーボン触媒(「Pt/C触媒」と表す。)が用いられる。しかし、白金は高価で資源量も少ないため、白金量の低減が求められている。酸素還元活性を高めるために、従来は、Ptを微粒子化することで比表面積を高めていたが、粒径が小さいと表面エネルギーが大きくなるため、凝集や溶解が起こりやすくなり、耐久性が低下するという難点がある。

こうした課題に対し、異種金属の微粒子に数原子層のPtを被覆させたPtコアシェル触媒は、白金量を減らしながら高い活性を示すため注目されている。Ptコアシェル触媒として、例えば特許文献1には、燃料電池において酸素還元反応の触媒として用いるのに適した白金コアシェル触媒を、簡単な工程で大量に製造することができる方法が提案されている。この技術は、還元剤を用いずに、またアンダーポテンシャル析出法を利用した方法よりも工程がシンプルであるということを特徴とするものであって、金コア粒子を、還元剤の不存在下で、二価白金イオンあるいは四価白金イオンを含む溶液に浸漬することにより、前記金コア粒子上に白金を直接析出させるというものである。また、特許文献2には、燃料電池の単セルの高性能化を達成可能なコアシェル触媒、及び、該コアシェル触媒の製造方法が提案されている。この技術は、パラジウムを含むコアと、白金を含み且つ前記コアを被覆するシェルと、を備えるコアシェル触媒であって、個数基準の粒径頻度分布において、平均粒径が4.70nm以下であり、且つ、標準偏差が2.00nm以下であり、且つ、粒径が5.00nm以下の頻度が55%以上であるというものである。

産業上の利用分野

本発明は、コアシェル構造型触媒層の製造方法に関する。さらに詳しくは、銅のアンダーポテンシャル析出法を利用して白金をシェル化したコアシェル構造型触媒層の新しい量産可能な製造方法に関するものであり、例えば固体高分子形燃料電池等の低白金触媒電極の量産化への適用が可能である。

特許請求の範囲 【請求項1】
予めコアとなる金属で作製した金属触媒層に対して銅をアンダーポテンシャル析出させる工程と、アンダーポテンシャル析出した前記銅を白金で置換してシェル化する工程と、を有することを特徴とするコアシェル構造型触媒層の製造方法。

【請求項2】
前記金属触媒層が、金属が担持されたシート状カーボンである、請求項1に記載のコアシェル構造型触媒層の製造方法。

【請求項3】
前記金属触媒層が、パラジウム若しくはルテニウム等の白金族金属、銅、ニッケル、コバルト又はそれらの合金が担持されたシート状カーボンである、請求項1又は2に記載のコアシェル構造型触媒層の製造方法。

【請求項4】
前記置換が、表面制御還元法で1回又は2回以上行われる、請求項1~3のいずれか1項に記載のコアシェル構造型触媒層の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018030220thum.jpg
出願権利状態 公開
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