[发明专利]微粒负载方法和微粒负载装置

说明书

技术领域

本发明涉及使粒径1μm以下的粒子状载体负载粒径10nm以下的微粒的方法和负载装置，更具体地讲，涉及能够在直接甲醇型燃料电池中利用的催化剂的制造和制造方法。

背景技术

铂等贵金属除了用于装饰品以外也作为化学催化剂使用。例如汽车的排气净化装置、固体高分子型燃料电池等，尤其是以甲醇溶液作为燃料的甲醇型固体高分子型燃料电池，由于能够在低温下工作并且小型轻质，近年以在便携式设备等的电源中的应用为目的积极地进行研究。然而为了广泛地普及则希望进一步提高性能。燃料电池是将由电极催化反应产生的化学能转化成电力的电池，为了高性能化则高活性催化剂必不可少。

现在作为燃料电池的阳极催化剂，一般使用由铂和钌组成的合金(以下记为铂-钌)。然而，这种燃料电池，相对于电极催化反应理论电压为1.21V，铂-钌催化剂引起的电压损失大、约为0.3V，为了减小这种损失，要求超过铂-钌的高活性(甲醇氧化活性)的阳极催化剂。因此为了提高甲醇氧化活性，正在研究在铂-钌中添加其它的元素。

对于以往的溅射法或蒸镀法，一般在加工成片状的碳(以下记为碳纸)上负载催化剂微粒。这种场合由于只是蒸镀在碳纸的表面，因此负载数nm的催化剂微粒的场合，不能得到发电所需的负载量。另外，因蒸镀条件的不同，也有时构成催化剂的合金不形成微粒而形成薄膜，这种场合存在催化剂的表面积变小、发电性能进一步降低的缺点。

另一方面，已知使催化剂金属蒸镀或溅射在载体微粒上而负载催化剂微粒(例如，参照专利文献1)。

该方法中使用碳粒子作为载体的场合，边搅拌碳粉边进行溅射或蒸镀，然而这种场合下，即使使用电子显微镜观察也不能看到碳以外的物质。其理由与作为被蒸镀物的碳微粒的表面状态和所蒸镀的原子形成金属微粒的工艺有关。即采用真空工艺物理蒸镀金属的场合，利用热或者动能使蒸镀物成为原子状而飞散，对被蒸镀物进行撞击。因此蒸镀原子迁移(载体表面的自由移动)，在能量上稳定的位置固定后，粒子以此为核成长，成长粒子连接而成为多晶的膜。然而，粒径1μm以下的碳微粒的场合，由于表面非常多地存在缺陷，因此所蒸镀的原子能够迁移的距离非常短，形成粒子成长所需的核的概率低。所以边搅拌碳粉边进行蒸镀的场合，由于在形成核之前粉移动而蒸镀物没有飞来，因此只是呈原子状附着在表面上，岂止不引起粒成长，甚至不引起核生成。为了作为催化剂起作用，虽然必须在碳粉的表面负载粒径为2nm～10nm的微粒，但如果如上所述，金属原子呈原子状附着在载体表面，则不能够期待发挥作为催化剂的功能。

专利文献1：特开2005-264297公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明是鉴于以上的实际情况而完成的研究，以提供获得使碳等粒子状母材的表面稳定地负载粒径2nm～10nm的微粒元素而成的合金粒子的微粒负载方法和微粒负载装置为课题。

用于解决课题的手段

为了实现上述的课题，本发明的微粒负载方法，是在减压装置内使粒子状母材的表面负载比该粒子状母材的粒径小并且由2种以上元素组成的合金粒子的微粒负载方法；其特征在于，具有：采用化学析出法形成粒子状母材的工序，和在减压装置内使粒子状母材负载微粒元素后，使粒子状母材与微粒元素合金化而形成合金粒子的工序。

另外，本发明的微粒的负载方法，优选粒子状母材含有碳。此外，还优选粒子状母材含有铂、或由铂与钌组成的合金。另外，微粒元素可以具有钨、钼、钛、铬、钒、铌、镍、硅中的至少一种元素。

本发明的微粒负载装置，是在减压装置内使粒子状母材的表面负载比该粒子状母材的粒径小并且由2种以上元素组成的合金粒子的微粒负载装置，其特征在于，具备：收容粒子状母材的第1容器、收容该第1容器并且能够减压的第2容器、具有使含有合金的元素蒸发的机构的第3容器、和在减压下将第1容器从第2容器内移动到第3容器内的机构。

本发明采用化学析出法使昂贵的铂或铂-钌合金负载在碳上后，在减压装置内通过溅射附加提高催化活性的微量的元素。

发明效果

根据上述本发明的微粒负载方法和微粒负载装置，能够高效率地在粒子状母材表面形成具有设定粒径的合金粒子。

附图说明

图1为用于说明本发明的概念图。

图2为表示本发明中能够使用的微粒负载装置的一例的简要截面图。

图3为表示本发明中能够使用的微粒负载装置的一例的简要截面图。

图4为表示本发明中能够使用的微粒负载装置的一例的简要截面图。

图5为本发明的实施例所涉及的膜-电极复合体的简要截面图。