[发明专利]由球碳形成的结晶的制造方法及制造装置

说明书

本申请是2010年2月24日进入国家阶段的、申请号为200880104206.1、国际申请日为2008年7月4日、发明名称为“携载金属的碳的制造方法、由球碳分子形成的结晶及球碳纳米晶须·纳米纤维-纳米管的制造方法及制造装置”的发明专利申请的分案申请。

【技术领域】

本发明涉及特别适宜用于作为燃料电池用触媒等的、比到现在为止更均匀的携载金属的碳及采用了该携载金属的碳的金属携载触媒的生产率非常高的制造方法。

另外，本发明涉及大量生产由碳原子集合的由球碳形成的结晶的制造方法。

更详细地涉及，在位于可接近和分离的相互对向配置且至少一方相对于另一方旋转的处理用面之间的薄膜流体中的携载金属的碳的制造方法、球碳纳米晶须的制造方法、制造装置及燃料电池的膜/电极接合体。

【背景技术】

【专利文献1】日本特开2007-111635号公报

【专利文献2】日本特开2006-228450号公报

【专利文献3】日本特开2005-306706号公报

【专利文献4】日本特开2006-83050号公报

一般，燃料电池等中使用的各种电极触媒，是在碳等的导电性携载体表面，使用金属盐的水溶液或胶体分散系，利用浸渍法、离子交换法、共沉淀法等使其携载金属成分，以在固体载体的表面携载了金属粒子的携载金属的碳等的复合粒子的形式获得的，其中使用采用了金属、特别是贵金属的金属触媒,但是，由于贵金属元素在地球上的存在量是有限的，因此，要求极力减少其使用量，并且，尽可能提高其作为触媒的作用。在那里，作为金属触媒，例如，使用在由碳黑或无机化合物等组成的载体粒子的表面上具有使其携载金属的微粒子的构造。其活性不仅随金属种类变化，也随被携载的金属微粒子的大小、结晶面的种类、载体的种类等变化；其中，作为对活性影响大的要素，举例有金属微粒子的形状及大小，所以对这些的控制特别重要。

到目前为止，作为效率良好地获得携载金属的触媒的方法可使用如下方法：对碳携载体的表面进行氧化处理，利用液相还原法使其表面上携载金属，生成携载金属的碳的方法（特开2007-111635/专利文献1）；将二种非离子性界面活性剂或一种非离子性界面活性剂和一种离子性界面活性剂合起来采用二种界面活性剂的方法（特开2006-228450/专利文献2）等。

另一方面，到现在为止，在用各种各样的方法制造由球碳形成的结晶（专利文献3，专利文献4）。

例如，已知将含有溶解有球碳的第1溶媒的溶液与比前述第1溶媒的球碳溶解度小的第2溶媒合在一起，在上述的溶液与上述第2溶媒之间形成液-液界面，在上述液-液界面上析出碳细线的方法（专利文献3）。

但是，上述得到携载金属的触媒的方法，在将实际的反应在试管或烧杯、或作为生产技术的槽等内进行的场合，由于其混合不均匀或与其相伴随的温度分布的不均匀等，实际上很难进行均匀反应，存在收获率的降低、触媒携载量的不足或不均匀、携载的金属的粒子直径变得比目标粒子直径大等问题。为此生产量降低了。

在这些方法中，使金属微粒子的粒子直径成为很小的效果是有限度的，然而，通过使金属微粒子的粒子直径更加小，提高触媒效率，例如，可以将燃料电池的电池特性变得比现状更加良好，为此，需要新的制造法。

关于球碳，虽然上述方法可生成由球碳形成的结晶，但是，因为其反应条件不均匀，所以会生成在结晶中具有中空构造和不具有中空构造的结晶。并且，在携载或内包金属的场合等，因为很难控制液-液界面，所以很难均匀地得到所要求的物质，不适合大量生产。

另外，例如，如专利文献4所记载那样，虽然在上述微小金属粒子的生成、携载的制造工序中，尝试使用了作为微化学加工被一般所知的微反应器、微量混合器，但是，在借助这些方法进行生成、携载时，由于生成物或由反应所产生的泡及副生成物堵塞流路而引起微流路的封闭的可能性高，并且，由于基本上仅利用分子的扩散来进行反应，所以不能适应全部的反应。另外，虽然微化学加工中采用平行排列反应器的称为增加数量的按比例增大法，但是，一个反应器的制造能力很小，要进行大的按比例增大是不现实的事，并且，存在很难使得各个反应器的性能都一样，不能获得均匀的生成物等问题。另外，由于高粘度的反应液，或者在伴随粘度上升的反应中，为了使其流过微小的流路，需要非常高的压力，存在能使用的泵受到限定，由于高压而不能解决装置的泄漏的问题。

【发明内容】

本发明，以提供效率很好地制造在载体粒子的表面上均匀地携载了粒子直径小的金属微粒子的金属携载触媒的方法为课题。