JP2006228745A5

JP2006228745A5 - Catalyst material for fuel cell, electrode catalyst material for fuel cell, and method for producing catalyst material for fuel cell

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Publication number: JP2006228745A5
Application number: JP2006085795A
Authority: JP
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2022-03-28

Claims

酸化アルミニウム、酸化マグネシウムまたは酸化ケイ素からなる一次粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下の難還元性無機材料粒子と、酸化鉄、酸化コバルト及び酸化ニッケルの中から選ばれる少なくとも一種類からなるか、酸化鉄、酸化コバルト及び酸化ニッケルの中から選ばれる少なくとも一種類と酸化銅からなる一次粒子の平均粒径が５００ｎｍ以下の還元性無機材料粒子とを粉砕しながら混合する工程と、
得られた混合物に還元雰囲気の炉内において熱処理を施して前記還元性無機材料粒子を還元することにより、平均粒径が１μｍ未満の金属粒子と前記難還元性無機材料粒子との混合粉末を炭素繊維合成用触媒として得る工程と、
前記炭素繊維合成用触媒の存在下で炭化水素を熱分解させることにより炭素繊維を合成する工程と、
前記炭素繊維にコロイド法により触媒粒子を担持させることにより、表面及び内部に触媒粒子が担持された炭素繊維を得る工程と
を具備することを特徴とする燃料電池用触媒材料の製造方法。 Iron oxide or primary particles made of aluminum oxide, magnesium oxide or silicon oxide comprising at least one selected from iron oxide, cobalt oxide and nickel oxide, and non-reducible inorganic material particles having an average particle diameter of 500 nm or less And grinding and mixing at least one selected from cobalt oxide and nickel oxide and reducible inorganic material particles having an average particle diameter of 500 nm or less of primary particles composed of copper oxide,
The obtained mixture is subjected to heat treatment in a furnace in a reducing atmosphere to reduce the particles of the reducible inorganic material, whereby carbon is mixed powder of metal particles having an average particle diameter of less than 1 μm and the particles of the nonreducible inorganic material. Obtaining as a catalyst for fiber synthesis,
Synthesizing carbon fibers by pyrolyzing hydrocarbons in the presence of the catalyst for carbon fiber synthesis;
A method of producing a catalyst material for a fuel cell, comprising the steps of: obtaining carbon fibers having catalyst particles supported on the surface and in the interior by supporting the catalyst particles on the carbon fibers by a colloid method.

平均直径が１００〜１０００ｎｍの範囲で、かつＢＥＴ法による比表面積が２００〜５００ｍ²／ｇの範囲内の炭素繊維と、
前記炭素繊維に担持されると共に、Ｐｔ及びＲｕのうちの少なくとも一方からなる第１の金属元素と３０重量％以下の第２の金属元素（前記第１の金属元素以外の元素）とを含有する触媒粒子と
を含むことを特徴とする燃料電池用触媒材料。 Carbon fibers having an average diameter in the range of 100 to 1000 nm and a specific surface area by BET method in the range of 200 to 500 m ² / g,
It is supported by the carbon fiber and contains a first metal element consisting of at least one of Pt and Ru and a second metal element (element other than the first metal element) in an amount of 30% by weight or less A catalyst material for a fuel cell, comprising catalyst particles.

前記第２の金属元素は、Ｎｉ、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択される少なくとも１種類と、Ｃｕとを含むことを特徴とする請求項２記載の燃料電池用触媒材料。 The fuel cell catalyst material according to claim 2, wherein the second metal element contains at least one selected from the group consisting of Ni, Fe and Co, and Cu.

表面からの深さがカーボンナノファイバーの半径の２０％以上となる内部領域と、前記表面から前記内部領域に至る複数の空隙とを有するカーボンナノファイバー、及び
前記表面と前記複数の空隙の内部とに担持されている触媒粒子とを含むことを特徴とする燃料電池用電極触媒材料。 Carbon nanofibers having an internal region whose depth from the surface is 20% or more of the radius of carbon nanofibers , and a plurality of voids extending from the surface to the internal regions,
It said surface and said plurality of fuel cell electrode catalyst material characterized the early days containing the catalyst particles which are carried on the inside of the air gap.

前記表面と前記複数の空隙の内部にプロトン電解質が存在することを特徴とする請求項４記載の燃料電池用電極触媒材料。5. The fuel cell electrode catalyst material according to claim 4, wherein a proton electrolyte is present in the surface and in the plurality of voids.

前記カーボンナノファイバーの存在比率が全体のカーボンナノファイバー本数の１０％以上であることを特徴とする請求項４または５記載の燃料電池用電極触媒材料。The fuel cell electrode catalyst material according to claim 4 or 5, wherein the carbon nanofiber content ratio is 10% or more of the total number of carbon nanofibers.

前記カーボンナノファイバーがその長手方向に配向した複数の炭素結晶粒子を含むことを特徴とする請求項４、５または６記載の燃料電池用電極触媒材料。7. The fuel cell electrode catalyst material according to claim 4, wherein the carbon nanofibers include a plurality of carbon crystal particles oriented in the longitudinal direction.