[发明专利]核壳催化剂及核壳催化剂的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核壳催化剂及核壳催化剂的制造方法。

背景技术

燃料电池通过将燃料与氧化剂供给到被电连接在一起的两个电极处，并 以电化学的方式使燃料发生氧化，从而将化学能直接转换为电能。因此，由 于燃料电池不会受到卡诺循环的制约，因而显示出较高的能量转换效率。燃 料电池通常以对多个单电池进行层压的方式而构成，其中，所述单电池以利 用一对电极而对电解质膜进行夹持的膜电极接合体(MEA)作为基本结构。

一直以来，作为用于燃料电池的电极催化剂，采用了催化剂活性较高的 铂催化剂以及铂合金催化剂。但是，存在铂的价格较高且资源量也较少的问 题，从而正在寻求铂量的减少。

另一方面，尽管使用了铂的催化剂非常高价，但是催化剂反应仅在粒子 表面上发生，而粒子内部几乎不参与催化剂反应。因此，在使用了铂的催化 剂中，相对于材料成本而言的催化剂活性并不一定很高。

作为以解决上述课题为目的的技术，在不同种类的金属粒子(核金属) 上覆盖铂层(壳)而形成的铂核壳催化剂、铂粒子的细微化等受到瞩目(例 如专利文献1～4等)。在核壳粒子中，通过将比较廉价的材料用于核金属材 料，从而能够将几乎不参与催化剂反应的粒子内部的成本抑制得较低。

例如在专利文献1中公开了将包含钯的粒子作为核并通过包含铂的壳来 进行覆盖的核壳催化剂。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第7,691,780号说明书

专利文献2：日本特开2012-041581号公报

专利文献3：日本特开2011-072981号公报

专利文献4：日本特开2005-515063号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在专利文献1中记载了核壳催化剂的粒径、壳的层数。然而，本发明人 经研究发现，实际上在构成燃料电池的单电池时，用于显现较高的电池性能 的核壳催化剂仅通过专利文献1中所记载的上述指标而无法被充分地特定。

本发明为鉴于上述实际情况而被完成的发明，其提供一种能够达成燃料 电池的单电池的高性能化的核壳催化剂以及该核壳催化剂的制造方法。

用于解决课题的方法

本发明的核壳催化剂为具备包含钯的核、和包含铂且对所述核进行覆盖 的壳的核壳催化剂，

所述核壳催化剂的特征在于，

在个数基准的粒径频度分布中，平均粒径为4.70nm以下，标准偏差为 2.00nm以下，且粒径在5.00nm以下的频度为55％以上。

根据本发明，能够使燃料电池单电池的发电性能提升。

本发明的核壳催化剂优选为，所述频度为71％以上。

此外，本发明的核壳催化剂优选为，所述平均粒径为4.40nm以下。

此外，本发明的核壳催化剂优选为，所述标准偏差为1.60nm以下。

根据本发明，还能够提供一种所述壳的平均厚度为0.20～0.35nm的核壳 催化剂。

本发明的核壳催化剂的制造方法为上述本发明的核壳催化剂的制造方 法，

所述核壳催化剂的制造方法的特征在于，

在如下的含钯粒子的表面上析出含铂壳，所述含钯粒子为，在个数基准 的粒径频度分布中，平均粒径为4.40nm以下、标准偏差为2.00nm以下、并 且粒径在5.00nm以下的频度为65％以上的含钯粒子。

根据本发明的核壳催化剂的制造方法，能够制造出所述含铂壳的平均厚 度为0.20～0.35nm的核壳催化剂。

发明效果

根据本发明的核壳催化剂，能够实现燃料电池的单电池的高性能化。

附图说明

图1为表示核壳催化剂的粒径与通过TEM-EDSE而测量出的Pt/Pd比 (atom比)之间的关系的图。

图2为大粒径的含Pd粒子(含Pd核)变得不易被壳(含Pt壳)所覆盖 的机制的映像图。(假设机制)

图3为实施例1中所使用的Pd粒子与实施例1的核壳催化剂的粒径分布 的图。

图4为表示实施例1～7、比较例1～3的电流密度与单电池电压之间的 关系的图。