[发明专利]电极用催化剂、气体扩散电极形成用组合物、气体扩散电极、膜电极组件、燃料电池堆

说明书

本发明提供一种电极用催化剂，其与Pt/Pd/C催化剂相比，可具有与之同等以上的催化活性，且有助于低成本化。电极用催化剂(10A)具有载体(2)和担载于载体上的催化剂颗粒(3a)。催化剂颗粒具有：形成于载体上的核部(4)、形成于核部上的第一壳部(5a)、形成于第一壳部的表面中的一部分上的第二壳部(6a)。核部含有Pd，第一壳部含有Pt，第二壳部含有Ti氧化物。进而，就电极用催化剂而言，由X射线光电子能谱分析法测定的表面附近的分析区域内的Pt的比例R1_Pt(atom％)、来源于Ti氧化物的Ti的比例R1_Ti(atom％)满足式(1)：1.00≦(R1_Ti/R1_Pt)≦2.50的条件。

技术领域

本发明涉及电极用催化剂。更详细地说，涉及适用于气体扩散电极的电极用催化剂，且涉及更适用于燃料电池的气体扩散电极的电极用催化剂。

另外，本发明涉及含有上述电极用催化剂颗粒的气体扩散电极形成用组合物、膜电极组件及燃料电池堆。

背景技术

固体高分子型燃料电池(Polymer Electrolyte Fuel Cell：以下，根据需要，称为“PEFC”)正在被作为燃料电池汽车、家庭用热电联产系统的电源进行研究开发。

作为PEFC的气体扩散电极所使用的催化剂，使用由铂(Pt)等铂族元素的贵金属颗粒构成的贵金属催化剂。

例如，作为典型的现有催化剂，已知有在导电性碳粉末上担载有Pt微颗粒的“担载Pt的碳催化剂”(以下，根据需要，称为“Pt/C催化剂”)(例如，N.E.CHEMCAT公司制造的Pt担载率50wt％的Pt/C催化剂，商品名：“NE－F50”等)。

在PEFC的制造成本中，Pt等贵金属催化剂所占的成本比例较大，形成了面向PEFC的低成本化、PEFC的普及的技术问题。

为了解决该技术问题，正在推进催化剂的低贵金属化技术、或脱贵金属化技术的研究开发。

在这些研究开发中，为了降低铂的使用量，目前研究出了具有由核部和壳部形成的核壳构造的催化剂颗粒(以下，根据需要，称为“核壳催化剂颗粒”)，并完成了许多报告，所述核部由非铂元素构成；所述壳部由Pt构成。

例如，专利文献1公开有具有由Pt原子的原子薄层(相当于壳部)包覆钯(Pd)或Pd合金(相当于核部)的结构的颗粒复合材料(核壳催化剂颗粒)。进而，作为实施例，该专利文献1记载有核部为Pd颗粒，且壳部为由Pt构成的层的核壳催化剂颗粒。

进而，也研究出了含有Pt族以外的金属元素作为构成元素的结构。

例如，提出了含有Ti氧化物作为核部的构成材料的结构(例如，专利文献2～5)。

在专利文献2中，公开有在碳载体上担载有核部为TiO₂、壳部为TiO₂的还原生成物(TiO_2－y，0＜y≤2)和Pt的合金的颗粒而成的结构的催化剂的合成例(例如，专利文献2，实施例10)。

专利文献3公开有以Ti氧化物为核部、以Pt等为壳部的铂-金属氧化物复合颗粒(例如，专利文献3，段落号0010)。

专利文献4公开有以含有Pd(零价金属状态的Pd)、Pd和选自另外一组贵金属的贵金属的合金、它们的混合物、以及二氧化钛(TiO₂)等陶瓷材料为内部核(核部)且以Pt或Pt合金等为外部壳部(壳部)的结构的催化剂颗粒(例如，专利文献4，段落号0026及0027)。