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ニッケル白金コアシェルナノシート構造型触媒及びその製造方法

国内特許コード P180015161
整理番号 N17115
掲載日 2018年7月13日
出願番号 特願2018-042276
公開番号 特開2019-155233
出願日 平成30年3月8日(2018.3.8)
公開日 令和元年9月19日(2019.9.19)
発明者
  • 滝本 大裕
  • 杉本 渉
  • 望月 大
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 ニッケル白金コアシェルナノシート構造型触媒及びその製造方法
発明の概要 【課題】高いORR活性を有し、低コストで高耐久が期待でき、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なニッケル白金コアシェルナノシート構造型触媒、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ニッケルナノシートをコアとし、白金をシェルとしたニッケル白金コアシェルナノシート構造が炭素に担持された触媒であって、前記ニッケルナノシートが厚さ0.7nm~2nmの範囲内であるニッケル白金コアシェルナノシート構造型触媒により上記課題を解決する。このニッケルナノシートは、水酸化ニッケルナノシートを還元させて得られたもの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、白金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白金(Pt)を被覆させた白金コアシェル触媒は、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。白金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。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。こうしたコアシェル触媒は、白金以外の金属コアを数モノレイヤーの白金シェルで被覆した構造であり、白金利用率を格段に向上できるという利点がある。しかし、カソードにかかる高電圧や低pHといった過酷な雰囲気では、薄いシェルを構成する白金が溶解して金属コアが表面に曝されて溶出することがあり、触媒性能が低下するおそれがあった。

ナノシートは、大きな比表面積を有するとともに、2次元的にバルクの性質を有し且つ平均配位数も高いことからナノ粒子よりも安定であり、これまでに種々のナノシートが報告されている。例えば特許文献3には、金属Ruナノシートをコアに用いたRuコア/Ptシェル型ナノシートをカーボンに担持した触媒が提案されている。このRuコア/Ptシェル型ナノシート触媒は、高活性かつ高耐久性を有するが、RuはPtと比較して低価格ではあるものの、Ruの埋蔵量は必ずしも多くない。また、高活性化については、さらに向上させることが要請されている。

産業上の利用分野

本発明は、ニッケル白金コアシェルナノシート構造型触媒及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、ニッケルナノシートをコアとし、白金をシェルとしたニッケル白金コアシェルナノシート構造が炭素に担持された触媒であって、高い酸素還元反応(ORR)活性を有する低コストで高耐久が期待でき、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なニッケル白金コアシェルナノシート構造型触媒、及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ニッケルナノシートをコアとし、白金をシェルとしたニッケル白金コアシェルナノシート構造が炭素に担持された触媒であって、前記ニッケルナノシートが厚さ0.7nm~2nmの範囲内である、ことを特徴とするニッケル白金コアシェルナノシート構造型触媒。

【請求項2】
前記ニッケルナノシートが、水酸化ニッケルナノシートを還元させて得られたものである、請求項1に記載のニッケル白金コアシェルナノシート構造型触媒。

【請求項3】
水酸化ニッケルナノシートを準備する工程と、前記水酸化ニッケルナノシートを還元してニッケルナノシートを形成する工程と、前記ニッケルナノシート上に置換析出により白金シェルを形成する工程と、を有する、ことを特徴とするニッケル白金コアシェルナノシート構造型触媒の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018042276thum.jpg
出願権利状態 公開
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