电极催化剂、使用该电极催化剂的电极催化剂层、膜/电极接合体以及电化学装置的制作方法

本公开涉及电极催化剂、包含该电极催化剂的电极催化剂层、具备该电极催化剂层的膜/电极接合体、以及使用了该膜/电极接合体的电化学装置。

背景技术：

1、作为电化学装置的一个例子，已知燃料电池。例如，固体高分子型燃料电池具备用于使含有氢的燃料气体和含有氧的氧化剂气体进行电化学反应(发电反应)的膜/电极接合体。

2、一般地，构成膜/电极接合体的电极催化剂层，通过制作催化剂糊并将该催化剂糊涂布于高分子电解质膜或者其他的基材上并使其干燥而形成，所述催化剂糊是将在炭黑等的导电性材料上担载铂等催化剂金属而成的催化剂和具有质子传导性的高分子电解质(以下称为离聚物)分散于水、醇等溶剂中而成的。

3、这样地制作出的催化剂层的微观结构(以下称为三相界面结构)成为在催化剂上被覆有离聚物的结构。在该三相界面结构中，从向催化剂金属表面供给质子的观点出发，被认为使催化剂金属和离聚物接触会使性能提高。然而，近年来，曾被指出与离聚物接触的催化剂金属会由于离聚物而中毒，反而催化性能降低。

4、针对这样的催化剂的性能降低的问题，为了抑制由离聚物导致的催化剂金属的中毒，也曾提出了使催化剂金属的粒子担载于介孔碳等的载体内部，并向担载了该粒子的载体被覆离聚物而形成的方法(例如专利文献1)。

5、除此以外，也有通过合金催化剂的有序结构化而使催化剂活性进一步提高的报告。有下述报告：通常，在催化剂金属为铂与其以外的金属的合金的情况下，合金的晶体结构是第二金属无序地固溶于铂中的无序结构，但如果形成作为有序结构之一的l12结构，则催化剂活性提高(专利文献1、2)。

6、在先技术文献

7、专利文献

8、专利文献1:日本专利第6628867号公报

9、专利文献2:日本专利第6352955号公报

技术实现思路

1、然而，在上述专利文献1、2所公开的催化剂中，对于具有高的催化剂活性的催化剂没有进行充分的研究。

2、本公开是鉴于上述课题而完成的，其目的是与以往相比使担载于介孔材料载体内的催化剂金属的催化剂活性提高。

3、为了解决上述的课题，本公开涉及的电极催化剂的一方式是包含介孔材料和担载于所述介孔材料的至少内部的催化剂金属粒子的电极催化剂，所述催化剂金属粒子包含铂和与铂不同的金属，所述介孔材料具有众数半径为1～25nm、且细孔容积为1.0～3.0cm3/g的介孔，所担载的所述催化剂金属粒子具有l10结构、且l10结构的比率大于0.25。

4、为了解决上述的课题，本公开涉及的电极催化剂层的一方式包含催化剂和离聚物，所述催化剂是包含介孔材料和担载于所述介孔材料的至少内部的催化剂金属粒子的电极催化剂层，所述催化剂金属粒子包含铂和与铂不同的金属，在所述催化剂中，所述介孔材料具有众数半径为1～25nm、且细孔容积为1.0～3.0cm3/g的介孔，所担载的所述催化剂金属粒子具有l10结构、且l10结构的比率大于0.25。

5、为了解决上述的课题，本公开涉及的膜/电极接合体的一方式具备高分子电解质膜、设置于所述高分子电解质膜的一个主面上的燃料极、和设置于所述高分子电解质膜的另一个主面上的空气极，所述空气极包含电极催化剂层，所述电极催化剂层包含电极催化剂和离聚物，所述电极催化剂是包含介孔材料和担载于所述介孔材料的至少内部的催化剂金属粒子的电极催化剂，所述催化剂金属粒子包含铂和与铂不同的金属，在所述电极催化剂中，所述介孔材料具有众数半径为1～25nm、且细孔容积为1.0～3.0cm3/g的介孔，所担载的所述催化剂金属粒子具有l10结构、且l10结构的比率大于0.25。

6、为了解决上述的课题，本公开涉及的电化学装置的一方式具备膜/电极接合体，所述膜/电极接合体具备高分子电解质膜、设置于所述高分子电解质膜的一个主面上的燃料极、和设置于所述高分子电解质膜的另一个主面上的空气极，所述空气极包含电极催化剂层，所述电极催化剂层包含电极催化剂和离聚物，所述电极催化剂是包含介孔材料和担载于所述介孔材料的至少内部的催化剂金属粒子的电极催化剂，所述催化剂金属粒子包含铂和与铂不同的金属，在所述电极催化剂中，所述介孔材料具有众数半径为1～25nm、且细孔容积为1.0～3.0cm3/g的介孔，所担载的所述催化剂金属粒子具有l10结构、且l10结构的比率大于0.25。

7、本公开如以上所说明的那样构成，取得能获得比以往高的催化剂活性这一效果。

技术特征：

1.一种电极催化剂，包含介孔材料和催化剂金属粒子，所述催化剂金属粒子担载于所述介孔材料的至少内部、且包含铂和与所述铂不同的金属，

2.根据权利要求1所述的电极催化剂，

3.根据权利要求1或2所述的电极催化剂，

4.根据权利要求1～3的任一项所述的电极催化剂，

5.根据权利要求1～4的任一项所述的电极催化剂，

6.一种电极催化剂层，包含权利要求1～5的任一项所述的电极催化剂和离聚物。

7.根据权利要求6所述的电极催化剂层，

8.根据权利要求7所述的电极催化剂层，

9.一种膜/电极接合体，具备高分子电解质膜和设置于所述高分子电解质膜的两侧的燃料极以及空气极，所述燃料极和所述空气极包含电极催化剂层和气体扩散层，

10.一种电化学装置，具备权利要求9所述的膜/电极接合体。

技术总结
本公开的电极催化剂是包含介孔材料和担载于介孔材料的至少内部的催化剂金属粒子的电极催化剂，所述催化剂金属粒子含有铂和与铂不同的金属，介孔材料具有众数半径为1～25nm、且细孔容积为1.0～3.0cm<supgt;3</supgt;/g的介孔，所担载的催化剂金属粒子具有L1<subgt;0</subgt;结构、且L1<subgt;0</subgt;结构的比率大于0.25。

技术研发人员：宫田伸弘,新谷晴彦
受保护的技术使用者：松下知识产权经营株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16