[发明专利]催化剂以及使用该催化剂的电极催化剂层、膜电极接合体及燃料电池

说明书

本发明的目的在于提供一种催化活性优异的催化剂。该催化剂由催化剂载体及担载在所述催化剂载体的金属催化剂构成，其中，所述催化剂的空穴的空穴分布的模型半径为1nm以上且不足5nm，所述模型半径为所述金属催化剂的平均粒半径以下，且所述空穴的空穴容积为0.4cc/g载体以上。

技术领域

本发明涉及催化剂、特别是燃料电池(PEFC)所使用的电极催化剂、以及使用该催化剂的电极催化剂层、膜电极接合体及燃料电池。

背景技术

使用质子传导性固体高分子膜的固体高分子型燃料电池与例如固体氧化物型燃料电池或熔融碳酸盐型燃料电池等其他型式的燃料电池相比，在低温下进行工作。因此，期待固体高分子型燃料电池作为固定用电源、或汽车等移动体用动力源，其实际应用也正在开始。

作为这种固体高分子型燃料电池，通常使用以Pt(铂)或Pt合金为代表的昂贵的金属催化剂，成为这种燃料电池的价格高的主要原因。因此，要求开发降低贵金属催化剂的使用量，且可实现燃料电池的低成本化的技术。

例如，在(日本)特开2007－250274号公报(美国专利申请公开第2009/047559号说明书)中，公开有在导电性载体上担载金属催化剂粒子的电极催化剂，其中，金属催化剂粒子的平均粒径比导电性载体的微细孔的平均孔径大。(日本)特开2007－250274号公报(美国专利申请公开第2009/047559号说明书)记载的是如下内容，即，通过该结构，金属催化剂粒子不能够进入载体的微细孔内，能够提高三相界面所使用的金属催化剂粒子的比例，从而提高昂贵的贵金属的利用效率。

但是，在(日本)特开2007－250274号公报(美国专利申请公开第2009/047559号说明书)所记载的含有催化剂的催化剂层中，存在由于金属催化剂与电解质的接触率提高，导致比表面积的下降，催化活性下降之类的问题。

发明内容

因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种催化活性优异的催化剂。

本发明的另一目的在于，提供一种发电性能优异的电极催化剂层、膜电极接合体及燃料电池。

本发明者等为了解决上述问题，进行了深入研究，研究的结果发现，通过将金属催化剂担载于催化剂的内部，并利用空穴的模型半径比金属催化剂的平均粒半径小的催化剂可解决上述课题，直至完成了本发明。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的固体高分子型燃料电池的基本结构的概略剖面图，图1的1是固体高分子型燃料电池(PEFC)，2是固体高分子电解质膜，3a是阳极催化剂层，3b是阴极催化剂层，4a是阳极气体扩散层，4b是阴极气体扩散层4c，5a是阳极隔板，5c是阴极隔板，6a是阳极气体流路，6c是阴极气体流路，7是制冷剂流路，10是膜电极接合体(MEA)；

图2是表示本发明的催化剂的形状、构造的概略剖面说明图，图2的20是催化剂，22是金属催化剂，23是载体，24是细小孔，25是微小孔，26是电解质；

图3是表示本发明一实施方式的催化剂层的催化剂及电解质之间的关系的示意图，图3的22是金属催化剂，23是载体，24是细小孔，25是微小孔；

图4是表示在比较例1使用的载体B的空穴径分布的图表。

具体实施方式

本发明的催化剂(在本说明书中，也称为“电极催化剂”)由催化剂载体及担载于上述催化剂载体的金属催化剂构成。这里，催化剂满足下述结构(a)～(d)：

(a)上述催化剂的空穴的空穴分布的模型半径为1nm以上且不足5nm；

(b)金属催化剂担载于上述空穴的内部；

(c)上述模型半径为上述金属催化剂的平均粒半径以下；及