[发明专利]燃料电池用电极催化剂的制造方法和其用途

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池用电极催化剂的制造方法和其用途。更详细地说，涉及能够比以往的制造方法得到粒径更小、更高性能的催化剂的燃料电池用电极催化剂的制造方法和含有该催化剂的燃料电池。

背景技术

高分子固体型燃料电池是以下形式的燃料电池：使固体高分子电解质被阳极和阴极夹持，向阳极供给燃料，向阴极供给氧气或空气，在阴极将氧还原，取出电。燃料主要使用氢气或甲醇等。

以往为了提高燃料电池的反应速度、提高燃料电池的能量转换效率，在燃料电池的阴极(空气极)表面或阳极(燃料极)表面设置含有催化剂的层(下面也记作“燃料电池用催化剂层”。)。

作为该催化剂，通常使用贵金属，在贵金属中主要使用在高电位下稳定、且活性高的铂、钯等贵金属。但这些贵金属价格昂贵、而且资源量有限，所以需要开发能够代替它们的催化剂。

此外，在阴极表面使用的贵金属在酸性气氛下有时会溶解，因此存在以下问题：不适合需要长期耐久性的用途。因此，迫切需要开发出在酸性气氛下不腐蚀、耐久性优异、具有高氧还原性能的催化剂。

在这种情况下，作为代替贵金属的催化剂，对过渡金属化合物、特别是过渡金属碳氮氧化物进行了研究。这些过渡金属材料比铂等贵金属材料价格便宜，且资源量丰富。

以往的过渡金属碳氮氧化物的制造方法，通常是将过渡金属化合物和能够作为碳源、氮源和氧源的化合物进行烧成的方法。通过将由这种制造 方法制作出的过渡金属碳氮氧化物与炭黑等混合，能够得到燃料电池用的催化剂。

但在使用由上述制造方法制作出的过渡金属碳氮氧化物时，虽然能够得到具有一定水平的性能的燃料电池用电极催化剂，但并没有得到具有在实用上总会令人满意的性能的燃料电池用电极催化剂。

专利文献1中报告了在碳上负载金属氧化物的方法，但其是制作耐久性优异的碳的方法，不是制造代替贵金属的燃料电池用电极催化剂的制造方法。

此外非专利文献1报告了，使用聚合物复合法，制造在碳粒子上负载催化剂的催化剂制造方法。

但非专利文献1中记载的制造方法，在含有的有机化合物中不使用含氮的有机化合物，此外没有得到具有充分性能的燃料电池用电极催化剂。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2008-251413号公报

非专利文献

非专利文献1:Electrochemistry Communications12(2010)1177-1179

发明内容

发明要解决的课题

本发明以解决这种现有技术中的问题为课题。即本发明的目的是提供与以往的制造方法相比，能够制造粒径更小、具有更高催化活性的使用过渡金属化合物的燃料电池用电极催化剂的制造方法。

解决课题的手段

本发明人为了解决上述现有技术的问题而进行了深入研究，结果发现，通过在对含氮有机物和过渡金属化合物进行烧成、制造燃料电池用电极催化剂之际，混合炭黑等的导电性粒子，能够有效得到具有高催化活性 的燃料电池用电极催化剂，从而完成本发明。

本发明涉及例如以下的(1)～(18)。

(1).一种燃料电池用电极催化剂的制造方法，其特征在于，包含以下工序(I)和工序(II)，

工序(I)：将含氮有机物、过渡金属化合物和导电性粒子混合在溶剂中；

工序(II)：将该工序(I)中得到的混合物进行烧成。

(2).如上述(1)所述的燃料电池用电极催化剂的制造方法，其特征在于，所述导电性粒子为炭黑。

(3).如上述(2)所述的燃料电池用电极催化剂的制造方法，其特征在于，在所述工序(I)中，炭黑相对于过渡金属化合物的总和的摩尔比为1～15。

(4).如上述(1)～(3)的任一项所述的燃料电池用电极催化剂的制造方法，其特征在于，所述含氮有机物的分子中具有选自氨基、氰基、酰亚胺基、亚胺基、硝基、酰胺基、叠氮基、氮丙啶基、偶氮基、异氰酸酯基、异硫氰酸酯基、肟基、重氮基、和亚硝基、以及吡咯环、卟啉环、咪唑环、吡啶环、嘧啶环、和吡嗪环中的1种以上。

(5).如上述(1)～(4)的任一项所述的燃料电池用电极催化剂的制造方法，其特征在于，所述含氮有机物的分子中具有选自羟基、羧基、醛基、酰卤基、磺基、磷酸基、酮基、醚基和酯基中的1种以上。

(6).如上述(1)～(5)的任一项所述的燃料电池用电极催化剂的制造方法，其特征在于，在所述工序(I)中，含氮有机物相对于过渡金属化合物的总和的摩尔比为0.1～10。