[发明专利]催化剂粒子、担载型催化剂粒子、以及这些粒子的用途

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂粒子、担载型催化剂粒子、以及这些粒子的用途，更详细地讲，涉及作为燃料电池电极用的氧还原催化剂适用的催化剂粒子、担载型催化剂粒子、以及这些粒子的用途。

背景技术

燃料电池是将化学能直接转换成电能的能量转换装置，至少由固体或液体的电解质、以及诱发所希望的电化学反应的两个电极即阳极和阴极构成。

作为燃料电池，根据使用的电解质的种类存在各种各样的种类，在作为其中之一的固体高分子型燃料电池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)中，作为电解质膜使用固体高分子电解质膜，具有起动快、运转温度也低为80～100℃的优点，作为定置用电源以及汽车用电源受到关注。

作为固体高分子型燃料电池的1种的直接甲醇型燃料电池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)等的直接液体型燃料电池，是使用甲醇等液体作为燃料的电池，由于体积能量密度高，因此期待着作为小型的可搬型或携带型的电源使用。

作为直接甲醇型燃料电池的阴极催化剂，使用氧还原活性高的铂催化剂，但铂的供给量的限制以及其高价格在直接甲醇型燃料电池的实用化和普及上成为问题。

而且，在直接甲醇型燃料电池中，通过向阳极直接供给作为液体燃料的甲醇，并向阴极供给氧，在阳极上甲醇被氧化，在阴极上氧被还原，从而能够在外部获取电能，但在使直接甲醇型燃料电池运转时，产生下述现象，即，甲醇透过高分子电解质膜从阳极向阴极移动(“甲醇渗透(甲醇窜流：methanol crossover)”)，到达阴极的甲醇在阴极上被直接氧化。其结果，阴极上的使甲醇氧化的部位变得已经不能在氧的电化学还原中利用。因此，产生阴极的总活性减少、阴极的电化学电位减少、燃料电池的能量转换效率显著降低的问题。因此，对于用于直接甲醇型燃料电池的阴极催化剂而言，希望在甲醇的氧化这一点上为惰性或者活性低。

关于DMFC中所使用的阴极催化剂，在专利文献1中示出了由从Pt、Pd等选出的两种以上成分的合金构成的催化剂粒子的氢结合力以及氧结合力的计算结果，并基于该计算结果记述了该催化剂粒子具有高的氧还原活性，且具有低的甲醇氧化活性。另外，记载了各金属成分的比例优选为10～90原子％。

在专利文献2中也公开了包含Pt与Pd的合金的催化剂，并记载了该催化剂粒子具有高的氧还原活性、且具有低的甲醇氧化活性。

除此以外，虽然不是专门用于直接甲醇型燃料电池阴极的催化剂，但以往就已知包含Pt和Pd的燃料电池用电极催化剂。例如，在专利文献3中公开了具有铂与钯等的合金、和担载该合金的导电性碳的固体高分子型燃料电池用阴极催化剂，并记载了下述等等的内容：从显示优异的氧还原活性的观点出发，铂与钯等的原子比优选为50：50～90：10([0012]、[0020]等)。

在专利文献4中，公开了一种燃料电池用电极催化剂，其至少包含在导电性载体上担载铂粒子而成的电极催化剂、和在导电性载体上担载铂合金粒子而成的电极催化剂，并记载了：作为上述铂合金粒子可列举钯等金属与铂的合金粒子等，上述铂合金粒子的组成优选铂为30～90原子％、金属为10～70原子％([0012]、[0019]等)。

在专利文献5中，作为用于甲醇燃料电池的甲醇电极的催化剂，公开了一种具有由C_xD_y(式中，C以及D为从Pt、Pd等选出的贵金属，C≠D，20原子％≤x≤80原子％，20原子％≤y≤80原子％。)表示的组成的二元系合金微粒子，作为其具体例，公开了一种具有由Pt₄₈Pd₅₂表示的组成的二元系合金微粒子([0009]、[0044]等)。

另外，在专利文献6中，公开了一种具有依次层叠有碳系支持体、金属氧化物粒子以及催化剂金属粒子的层状结构的燃料电池用的担载催化剂，并记载了：作为上述催化剂金属粒子举出Pt等的主金属催化剂与Pd等的辅助催化剂金属的合金的粒子，Pt等的主金属催化剂与Pd等的辅助催化剂金属的原子比优选为9：1～1：9([0009]、[0024]～[0026]等)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1 美国专利申请公开第2004/0161641号说明书

专利文献2 日本特表2010-536548号公报

专利文献3 日本特开2006-92957号公报

专利文献4 日本特开2006-79840号公报

专利文献5 日本特开2003-226901号公报