[发明专利]金属负载的催化剂、电池电极和电池

说明书

提供各自均具有优异的催化活性和耐久性的金属负载的催化剂、电池电极和电池。金属负载的催化剂包括：碳载体；和负载在碳载体上的催化剂金属颗粒。在通过X射线光电子能谱获得的光电子能谱中，金属负载的催化剂表现出被分离成在以下相应范围内具有峰顶的第一至第六氮原子的峰，作为源自氮原子的1s轨道的峰：(1)398.6±0.2eV；(2)399.5±0.3eV；(3)400.5±0.2eV；(4)401.3±0.3eV；(5)403.4±0.4eV；和(6)404.5±0.5eV。通过X射线光电子能谱测量的第二氮原子的峰面积与(1)至(6)的氮原子的总峰面积的比率为0.03或更大。通过X射线光电子能谱测量的第二氮原子的浓度与碳原子的浓度的比率为0.0005或更大。

技术领域

本发明涉及金属负载的催化剂、电池电极和电池。

背景技术

在专利文献1中，描述了一种用于空气电极的电极催化剂，该空气电极具有以下配置：(1)用于空气电极的电极催化剂含有由Pt合金形成的第一催化剂颗粒和由平均粒径小于第一催化剂颗粒的平均粒径的纯Pt形成的第二催化剂颗粒；和(2)Pt合金具有由PtxM(1≤x≤4，M表示贱金属元素)表示的原子组成比。

在专利文献2中，描述了一种电极催化剂材料，其含有(i)含有多个单独的负载颗粒或聚集体的负载材料，(ii)含有第一金属和合金金属的第一颗粒，和(iii)由为铂或铱的第二金属或第二金属的氧化物形成的第二颗粒，其特征在于，单独的负载颗粒或聚集体每个具有分散在其上的第一颗粒和第二颗粒，并且第二颗粒的平均粒径小于第一颗粒的平均粒径。

引文列表

专利文献

[PTL 1]JP 2018-181739 A

[PTL 2]JP 2019-517110 A

发明内容

技术问题

然而，迄今为止，难以获得同时具有优异催化活性和耐久性的负载催化剂金属诸如铂的电极催化剂。

本发明是鉴于上述问题而作出的，并且本发明的目的在于提供各自均具有优异的催化活性和耐久性的金属负载的催化剂、电池电极和电池。

解决问题的技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的一个实施方案，提供了一种金属负载的催化剂，包括：碳载体；和负载在碳载体上的催化剂金属颗粒，其中在通过X射线光电子能谱获得的光电子能谱中，金属负载的催化剂表现出源自氮原子的1s轨道的峰，该峰分离为氮原子的以下峰(1)至(6)：(1)在398.6±0.2eV的结合能范围内具有峰顶的第一氮原子的峰；(2)在399.5±0.3eV的结合能范围内具有峰顶的第二氮原子的峰；(3)在400.5±0.2eV的结合能范围内具有峰顶的第三氮原子的峰；(4)在401.3±0.3eV的结合能范围内具有峰顶的第四氮原子的峰；(5)在403.4±0.4eV的结合能范围内具有峰顶的第五氮原子的峰；和(6)在404.5±0.5eV的结合能范围内具有峰顶的第六氮原子的峰，其中通过X射线光电子能谱测量的第二氮原子的峰面积与(1)至(6)的氮原子的总峰面积的比率为0.03或更大，并且其中通过X射线光电子能谱测量的第二氮原子的浓度与碳原子的浓度的比率为0.0005或更大。根据本发明的一个实施方案，提供了一种同时具有优异催化活性和耐久性的金属负载的催化剂。

在金属负载的催化剂中，通过X射线光电子能谱测量的第一氮原子的浓度、第三氮原子的浓度和第四氮原子的浓度之和与碳原子的浓度的比率可以为0.004或更大。在金属负载的催化剂中，第二氮原子的峰面积与第一氮原子的峰面积的比率可以为0.12或更大。

在金属负载的催化剂中，第一氮原子的峰面积与(1)至(6)的氮原子的总峰面积的比率可以为0.48或更小。在金属负载的催化剂中，第四氮原子的峰面积与(1)至(6)的氮原子的总峰面积的比率可以为0.15或更大。