JPH0261961A - 担持白金合金電極触媒 - Google Patents
担持白金合金電極触媒Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野1
本発明は担持白金合金電極触媒およびその製法ならびに
該触媒を含有する酸電解質燃料電池用電極に関する。
該触媒を含有する酸電解質燃料電池用電極に関する。
[従来技術]
燃料電池は、水素または炭化水素の如き燃料と、酸°素
の如き酸化剤とを供給し、その酸化還元反応の化学的エ
ネルギーを低電圧直流に直接変換する電気化学的装置で
あり、一般に燃料電極(アノード)、酸化剤電極(カソ
ード)、両電極間の電解質、!りよび燃料流と酸化剤流
とをそれぞれアノードおよびカソードへ別々に供給する
手段などから構成されている。
の如き酸化剤とを供給し、その酸化還元反応の化学的エ
ネルギーを低電圧直流に直接変換する電気化学的装置で
あり、一般に燃料電極(アノード)、酸化剤電極(カソ
ード)、両電極間の電解質、!りよび燃料流と酸化剤流
とをそれぞれアノードおよびカソードへ別々に供給する
手段などから構成されている。
アノードおよびカソードには電極触媒が用いられ、燃料
電池作動時には、アノードに供給された燃料が電解質の
存在下電極触媒上で酸化されて電子を放出し、他方カソ
ードに供給された酸化剤は、同じく電解質の存在下電極
触媒上で外部回路を通じてアノードから供給される電子
を消費しながら還元される。この際、外部回路を流れる
電流が一定負荷の下で電力として利用される。
電池作動時には、アノードに供給された燃料が電解質の
存在下電極触媒上で酸化されて電子を放出し、他方カソ
ードに供給された酸化剤は、同じく電解質の存在下電極
触媒上で外部回路を通じてアノードから供給される電子
を消費しながら還元される。この際、外部回路を流れる
電流が一定負荷の下で電力として利用される。
このように燃料電池においては電極触媒が重要な役割を
演じており、燃料電池の出力および寿命は、電極触媒の
活性度に大きく依存している。
演じており、燃料電池の出力および寿命は、電極触媒の
活性度に大きく依存している。
電極触媒としては、初期には周期律表の第8.9.10
、および11族(1983年11月勧告のIUPAC命
名法による。以下同じ)の元素のうち、貴金属と称され
る白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh
)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミ
ウム(Os)、銀(Ag)および金(Au)から選ばれ
る1種又は2種以上を組み合わせたものが、金属ブラッ
クの形で使用された。
、および11族(1983年11月勧告のIUPAC命
名法による。以下同じ)の元素のうち、貴金属と称され
る白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh
)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、オスミ
ウム(Os)、銀(Ag)および金(Au)から選ばれ
る1種又は2種以上を組み合わせたものが、金属ブラッ
クの形で使用された。
まj;、これら貴金属とアルミニウム、クロム、マンガ
ン、鉄、コバルト、ニッケル、銅等の卑金属のうちの1
種又は2種以上との合金触媒(米国特許第342849
0号、第3468717号)、またはこれらの合金より
酸またはアルカリ処理により卑金属成分を溶出せしめた
スケルトン触媒(米国特許第3429750号)等が用
いられた。
ン、鉄、コバルト、ニッケル、銅等の卑金属のうちの1
種又は2種以上との合金触媒(米国特許第342849
0号、第3468717号)、またはこれらの合金より
酸またはアルカリ処理により卑金属成分を溶出せしめた
スケルトン触媒(米国特許第3429750号)等が用
いられた。
しかしこれらの触媒は金属表面積が小さいために多量の
貴金属を使用せざるを得ず、また電解質中で著しくシン
タリングし易いために触媒寿命が短かく、経済的ではな
かった。
貴金属を使用せざるを得ず、また電解質中で著しくシン
タリングし易いために触媒寿命が短かく、経済的ではな
かった。
その後、貴金属成分を導電性カーボンブラックのような
粉末担体に分散担持せしめたものが用いられるようにな
って貴金属の使用量が大巾に低減し、燃料電池発電の経
済性は高められた。しかし現在最も実用化に近いリン酸
燃料電池が発電システムとして広範に普及するためには
一定レベル以上の出力で4万時間以上の運転寿命が必要
とされている。酸素/′水素型リン酸燃料電池において
は、カソードにおける酸素還元反応の活性化分極がアノ
ードにおける水素酸化反応の活性化分極に比べて桁違い
に大きく、しかも高温の電解質と酸化剤である酸素との
共存下では活性金属の溶出およびシンタリングが容易に
進行するという欠点があつt−0 近年、高効率、長寿命で経済性の高い燃料電池の開発を
目ざして、主にカソードにおける酸素還元反応に高活性
なカーボン粉末担持触媒の開発が続けられてさた。すな
わち、まず、単味白金触媒の約2倍の酸素還元の質量活
性を有する白金族金属(貴金属のうち周期律表、第8.
9、lO族の元素)と、バナジウム、アルミニウム、チ
タン、クロム等、周期律表第2〜6族の卑金属との担持
二元系合金触媒が見い出され(米国特許第418611
0号、第4202.934号、4316944号)、そ
の後、さらに高活性化をめざし上記白金−バナジウムあ
るいは白金−クロムにコバルトを加えた担持白金三元系
合金触媒(米国特許第4447506号)あるいは白金
−コバルト−ニッケルの担持二元系合金触媒(特開昭6
1−8851号)が開示された。また、担持白金−鉄二
元系規則性合金(P t 、F e 超格子合金)触
媒(特開昭60−7941号)が開示され、続いて担持
白金−クロム−コバルト三元系規則性合金触媒が提案さ
れた(米国特許第4711829号)。
粉末担体に分散担持せしめたものが用いられるようにな
って貴金属の使用量が大巾に低減し、燃料電池発電の経
済性は高められた。しかし現在最も実用化に近いリン酸
燃料電池が発電システムとして広範に普及するためには
一定レベル以上の出力で4万時間以上の運転寿命が必要
とされている。酸素/′水素型リン酸燃料電池において
は、カソードにおける酸素還元反応の活性化分極がアノ
ードにおける水素酸化反応の活性化分極に比べて桁違い
に大きく、しかも高温の電解質と酸化剤である酸素との
共存下では活性金属の溶出およびシンタリングが容易に
進行するという欠点があつt−0 近年、高効率、長寿命で経済性の高い燃料電池の開発を
目ざして、主にカソードにおける酸素還元反応に高活性
なカーボン粉末担持触媒の開発が続けられてさた。すな
わち、まず、単味白金触媒の約2倍の酸素還元の質量活
性を有する白金族金属(貴金属のうち周期律表、第8.
9、lO族の元素)と、バナジウム、アルミニウム、チ
タン、クロム等、周期律表第2〜6族の卑金属との担持
二元系合金触媒が見い出され(米国特許第418611
0号、第4202.934号、4316944号)、そ
の後、さらに高活性化をめざし上記白金−バナジウムあ
るいは白金−クロムにコバルトを加えた担持白金三元系
合金触媒(米国特許第4447506号)あるいは白金
−コバルト−ニッケルの担持二元系合金触媒(特開昭6
1−8851号)が開示された。また、担持白金−鉄二
元系規則性合金(P t 、F e 超格子合金)触
媒(特開昭60−7941号)が開示され、続いて担持
白金−クロム−コバルト三元系規則性合金触媒が提案さ
れた(米国特許第4711829号)。
さらに最近、触媒活性を向上させたのみならず金属表面
積の保持率も改善された白金−鉄一コバルト三元系合金
触媒(特開昭62−163746号)および金属表面積
の保持率の点で従来の規則性および不規則性多元系合金
を浚ぐ担持白金−銅二元系合金触媒(特開昭62−2f
39751号)が開示された。
積の保持率も改善された白金−鉄一コバルト三元系合金
触媒(特開昭62−163746号)および金属表面積
の保持率の点で従来の規則性および不規則性多元系合金
を浚ぐ担持白金−銅二元系合金触媒(特開昭62−2f
39751号)が開示された。
[発明が解決しようとする問題点]
しかしながらこれら先行技術の触媒は、なお、実用的な
燃料電池において必要とされる活性と寿命の要求を同時
に満足させ得ないという問題かあつ jこ 。
燃料電池において必要とされる活性と寿命の要求を同時
に満足させ得ないという問題かあつ jこ 。
本発明は、前述の先行技術を浚ぐ、より高活性でかつ長
寿命な電極触媒の提供を目的どする。
寿命な電極触媒の提供を目的どする。
[問題点を解決するための手段1
上記目的は、本発明に従い、40〜60i子%の白金、
13〜40w、子%の鉄、および13〜40原子%の銅
を含有する白金−鉄一銅の三元系規則性合金が導電性カ
ーボン粉末担体上に分散担持されてなる酸電解質燃料電
池用担持白金合金電極触媒によって達成される。
13〜40w、子%の鉄、および13〜40原子%の銅
を含有する白金−鉄一銅の三元系規則性合金が導電性カ
ーボン粉末担体上に分散担持されてなる酸電解質燃料電
池用担持白金合金電極触媒によって達成される。
また、上記目的は、本発明に従い、予め形成された、白
金−鉄の担持二元系規則性合金に銅を担持させた後再度
合金化処理するか、または、白金鋼の担持二元系合金に
鉄を担持させた後再度合金化処理することを特徴とする
40〜60原子%の白金、13〜40原子%の鉄、およ
び13〜40原子%の銅を含有する白金−鉄−銅の三元
系規則性合金が導電性カーボン粉末担体上に分散担持さ
れてなる酸電解質燃料電池用担持白金合金電極触媒の製
法によって達成される。
金−鉄の担持二元系規則性合金に銅を担持させた後再度
合金化処理するか、または、白金鋼の担持二元系合金に
鉄を担持させた後再度合金化処理することを特徴とする
40〜60原子%の白金、13〜40原子%の鉄、およ
び13〜40原子%の銅を含有する白金−鉄−銅の三元
系規則性合金が導電性カーボン粉末担体上に分散担持さ
れてなる酸電解質燃料電池用担持白金合金電極触媒の製
法によって達成される。
さらにまた、上記目的は、本願発明に従い、40〜60
w子%の白金、13〜40yK子%の鉄および13〜4
0原子%の銅を含有する白金−鉄−銅の三元系規則性合
金が導電性カーボン粉末担体に分散担持されてなる担持
白金合金電極触媒と、撥水性結着材とが導電性かつ耐酸
性の支持部材に結着されていることを特徴とする酸電解
質燃料電池用電極により達成される。
w子%の白金、13〜40yK子%の鉄および13〜4
0原子%の銅を含有する白金−鉄−銅の三元系規則性合
金が導電性カーボン粉末担体に分散担持されてなる担持
白金合金電極触媒と、撥水性結着材とが導電性かつ耐酸
性の支持部材に結着されていることを特徴とする酸電解
質燃料電池用電極により達成される。
以下、本発明の詳細な説明する。
本願明細書においては、酸素還元反応の活性度は酸素極
半電池か、対水素基準電極(RHE、以下同様)プラス
900mVにおいて示す最大電流密度(mA/ cm
”電極面積)によって評価され、単位白金質量当りの電
流密度を質量活性(mA/mgP+、)と称し、これを
単位白金質量当りの金属表面積(m”/gPt)で除し
たものを比活性度(μA/m2Pt)と称する。
半電池か、対水素基準電極(RHE、以下同様)プラス
900mVにおいて示す最大電流密度(mA/ cm
”電極面積)によって評価され、単位白金質量当りの電
流密度を質量活性(mA/mgP+、)と称し、これを
単位白金質量当りの金属表面積(m”/gPt)で除し
たものを比活性度(μA/m2Pt)と称する。
金属表面積はサイクリックボルタメトリーのカソーデイ
ックスィーブにおける金属表面への水素吸着過程の電気
量を測定して得られる電気化学的金属表面積E C、M
S A (m”/7 Pt)で表わす。
ックスィーブにおける金属表面への水素吸着過程の電気
量を測定して得られる電気化学的金属表面積E C、M
S A (m”/7 Pt)で表わす。
まず、本発明の担持白金合金電極触媒は40〜60原子
%の白金、13〜40原子%の鉄、および13〜404
子%の銅を含有する白金−鉄一銅の三元系規則性合金の
微細粒子とこれを分散担持させる導電性カーボン粉末担
体とから構成される。
%の白金、13〜40原子%の鉄、および13〜404
子%の銅を含有する白金−鉄一銅の三元系規則性合金の
微細粒子とこれを分散担持させる導電性カーボン粉末担
体とから構成される。
本発明において合金とは置換型固溶体合金のことである
。一般に、白金と他の元素との間で形成される置換型固
溶体には、相手元素と、その組成により各種の結晶形態
があり得る。
。一般に、白金と他の元素との間で形成される置換型固
溶体には、相手元素と、その組成により各種の結晶形態
があり得る。
単味白金は面心立方(f、c、c)でそのX線回折(X
RD)では主回折ピーク(Ill)の低回折角2θ側
には回折ピークを有しない。
RD)では主回折ピーク(Ill)の低回折角2θ側
には回折ピークを有しない。
白金の固溶体合金でも、その格子点を、他の元素が全く
無秩序に置換して生ずる不規則性合金ではブラベ格子は
平均して面心立方のままであり、やはりXRD回折パタ
ーンで(111)の低回折角2θ側には回折ピークを示
さない。
無秩序に置換して生ずる不規則性合金ではブラベ格子は
平均して面心立方のままであり、やはりXRD回折パタ
ーンで(111)の低回折角2θ側には回折ピークを示
さない。
第2金属成分が(000)を優先的に占め白金が(3(
、%、0)を優先的に占めるL1□型(Pi3Fe型)
の規則性合金の場合、XRDパターンは単純立方の回折
パターンとなる。
、%、0)を優先的に占めるL1□型(Pi3Fe型)
の規則性合金の場合、XRDパターンは単純立方の回折
パターンとなる。
他方、白金面心立方格子点のうち(OOO)と(3A、
%、0)を白金が占め残る(3A、0.3A)と(0、
%、%)を第2成分元素が占めるLIO型(PtFe型
)の規則性合金の場合、XRDパターンは面心正方晶(
f、c、i、)の回折パターンとなる。
%、0)を白金が占め残る(3A、0.3A)と(0、
%、%)を第2成分元素が占めるLIO型(PtFe型
)の規則性合金の場合、XRDパターンは面心正方晶(
f、c、i、)の回折パターンとなる。
このような規則性合金は、いずれも主回折ピーク(Il
l)の低回折角側に(100)及び(110)なる新し
い回折ピーク、すなわち規則性回折ピークを生ずる。L
、□型とLto型との違いは、前者では(220)と(
202)が等価で一本の回折線となるのに対し、後者で
は非等価で、2本の回折線が現われることにより識別さ
れる。
l)の低回折角側に(100)及び(110)なる新し
い回折ピーク、すなわち規則性回折ピークを生ずる。L
、□型とLto型との違いは、前者では(220)と(
202)が等価で一本の回折線となるのに対し、後者で
は非等価で、2本の回折線が現われることにより識別さ
れる。
白金−鉄一銅の固溶体合金としては天然に産出するTu
lameenite P t 2F e Cuが知られ
ており、Cabr i等によってその結晶構造はL+o
型(f 、c 。
lameenite P t 2F e Cuが知られ
ており、Cabr i等によってその結晶構造はL+o
型(f 、c 。
i、)であることが明らかにされた(L、J、Cabr
iet al、、 Canadian Mine
ralogist Vol、l 2 、 pp’
21−25.1973)(a =b=3.891人、c
=3.577人、c/a=0.9193)。
iet al、、 Canadian Mine
ralogist Vol、l 2 、 pp’
21−25.1973)(a =b=3.891人、c
=3.577人、c/a=0.9193)。
M、Shahmiri等によれば白金−鉄一銅の三元系
は、その1000°Cの相図において白金40〜60w
。
は、その1000°Cの相図において白金40〜60w
。
子%、鉄20〜60原子%、Sよびw40〜30w子%
の範囲にTulameenite P t 2 F
e CuよりTetraferroplatinum
P t F eに至る規則性面心正方晶(f、c−t、
)領域がある(M、Shahmiri eLal、 M
ineralogical Magazine、、 V
ol、49、pp547−554.1985)(第1図
参照)。
の範囲にTulameenite P t 2 F
e CuよりTetraferroplatinum
P t F eに至る規則性面心正方晶(f、c−t、
)領域がある(M、Shahmiri eLal、 M
ineralogical Magazine、、 V
ol、49、pp547−554.1985)(第1図
参照)。
Tulameenite構造のpt2FeCu 合金
では白金のf 、c 、c 、格子点のうち(000)
と(M%0)を白金原子が占め、残る(3A O%)と
(0%%)を鉄又は銅原子がランダムに占める(第2図
参照)。この結果、C軸方向の結晶軸は短縮されa=b
″I:C1a>cとなる。本発明の触媒の好ましい組成
範囲の正方晶規則性合金が示す格子定数の範囲はおよそ
a=3.910〜3.870人、c=3.590−3.
670人である。
では白金のf 、c 、c 、格子点のうち(000)
と(M%0)を白金原子が占め、残る(3A O%)と
(0%%)を鉄又は銅原子がランダムに占める(第2図
参照)。この結果、C軸方向の結晶軸は短縮されa=b
″I:C1a>cとなる。本発明の触媒の好ましい組成
範囲の正方晶規則性合金が示す格子定数の範囲はおよそ
a=3.910〜3.870人、c=3.590−3.
670人である。
本発明の触媒の規則性合金としては、この他にL1□型
(PtaFeCu型)の立方晶合金がある。
(PtaFeCu型)の立方晶合金がある。
その格子定数aは、単味白金のf 、c 、c 、格子
定数a−3,923人からf、c、c、γ−Feの格子
定数(常温へ外挿して)a−3,72人または銅のf
、c 、c 、格子定数a=3.625人へ向けて組成
に応じて変化する。本発明の触媒の望ましい組成範囲の
立方晶規則性合金はおよそa −3,790〜3.86
0人の格子定数を有する。
定数a−3,923人からf、c、c、γ−Feの格子
定数(常温へ外挿して)a−3,72人または銅のf
、c 、c 、格子定数a=3.625人へ向けて組成
に応じて変化する。本発明の触媒の望ましい組成範囲の
立方晶規則性合金はおよそa −3,790〜3.86
0人の格子定数を有する。
本発明の白金−鉄一銅の三元系合金触媒中の担持金属の
組成については、鉄および銅の二元素中の少なくとも一
つが13原子%未満の場合、あるいは白金が60原子%
を越える場合は、触媒活性に与える、鉄および銅の添加
効果が顕著に現われず白金単独の触媒並みか、白金−鉄
、あるいは白金−銅の二元系合金触媒並みの性能しか示
さない。
組成については、鉄および銅の二元素中の少なくとも一
つが13原子%未満の場合、あるいは白金が60原子%
を越える場合は、触媒活性に与える、鉄および銅の添加
効果が顕著に現われず白金単独の触媒並みか、白金−鉄
、あるいは白金−銅の二元系合金触媒並みの性能しか示
さない。
また鉄または銅のうち少なくとも一つが40w。
千%を超える場合、あるいは残部白金が40m子%未満
の場合は、酸電解質中で鉄および/または銅の無視し得
ない割合が溶出し、合金相の崩壊が起り触媒安定性の低
下をきたす。
の場合は、酸電解質中で鉄および/または銅の無視し得
ない割合が溶出し、合金相の崩壊が起り触媒安定性の低
下をきたす。
触媒活性の向上と触媒安定性の向上の両立をもたらす組
成範囲は、白金40〜60厘子%、鉄13−40厚子%
で、カッ銅13−40i子%の組成範囲である。
成範囲は、白金40〜60厘子%、鉄13−40厚子%
で、カッ銅13−40i子%の組成範囲である。
本発明の白金−鉄一銅合金は、30m2/7以上、さら
に好ましくは60m”/、9以上の金属表面積を有する
高分散状態で導電性粉末担体上に担持されることが望ま
しい。30m2/9未満では合金単位重量当りの活性が
不十分であり、経済的ではない。
に好ましくは60m”/、9以上の金属表面積を有する
高分散状態で導電性粉末担体上に担持されることが望ま
しい。30m2/9未満では合金単位重量当りの活性が
不十分であり、経済的ではない。
一方、かかる合金を担持させる担体材料としては導電性
カーボン粉末が好適であり、例えば導電性カーボンブラ
ック、アセチレンブラックやグラファイト粉末なとを用
いることができる。具体的にはCa bo を社の商品
名Vulcan XC−72R,XC−72、またはC
olumbian Chemicals社の商品名Co
nductex975として市販されているオイル7ア
ー不スブラツクあるいはGulf oi1社の商品名S
hawinigan Blackとして市販されている
アセチレンブラックなどである。
カーボン粉末が好適であり、例えば導電性カーボンブラ
ック、アセチレンブラックやグラファイト粉末なとを用
いることができる。具体的にはCa bo を社の商品
名Vulcan XC−72R,XC−72、またはC
olumbian Chemicals社の商品名Co
nductex975として市販されているオイル7ア
ー不スブラツクあるいはGulf oi1社の商品名S
hawinigan Blackとして市販されている
アセチレンブラックなどである。
Vulcan XC−72やConductex975
等は不活性ガス雰囲気下または真空中で高温加熱処理し
て、部分的にグラファイト化処理することしにより高温
の酸電解質と酸素等の酸化剤が共存する腐蝕性の高い条
件下での電極触媒担体としての耐蝕性を向上させること
か望ましい。
等は不活性ガス雰囲気下または真空中で高温加熱処理し
て、部分的にグラファイト化処理することしにより高温
の酸電解質と酸素等の酸化剤が共存する腐蝕性の高い条
件下での電極触媒担体としての耐蝕性を向上させること
か望ましい。
これらの担体材料は例えば、一般に60〜250 m”
/lのBET表面積と0.1〜50ミクロンの平均粒径
を有する。
/lのBET表面積と0.1〜50ミクロンの平均粒径
を有する。
本発明の担持白金合金触媒において、白金合金の担持量
は通常、担体と合金の総重量に対し0.1〜30重量%
、好ましくは5〜15重量%に設定される。担持量が3
0重量%を超える場合は相対的に合金の担体上での分散
度が悪くなり、合金の使用量が増す割には性能の向上が
なく担体を用いる経済上の利点も低下する。逆に担持率
を極端に低くしても合金の分散度には上限があり、これ
を超えると単位触媒質量当りの活性は低下するため、多
量の触媒が必要となり好ましくない゛。
は通常、担体と合金の総重量に対し0.1〜30重量%
、好ましくは5〜15重量%に設定される。担持量が3
0重量%を超える場合は相対的に合金の担体上での分散
度が悪くなり、合金の使用量が増す割には性能の向上が
なく担体を用いる経済上の利点も低下する。逆に担持率
を極端に低くしても合金の分散度には上限があり、これ
を超えると単位触媒質量当りの活性は低下するため、多
量の触媒が必要となり好ましくない゛。
本発明の担持規則性白金合金触媒は例えば以下のように
製造される。すなわち、まず導電性力ポンプラックのよ
うな粉末状の担体材料を、合金を構成する各金属成分の
化合物を含む水溶液もしくは水系懸濁液(スラリー)と
接触させ、各金属化合物またはそのイオンを担体上に吸
着または含浸させる。ついでスラリーを高速で撹拌しな
がら適当な固定化剤、例えば、アンモニア、ヒドラジン
、ギ酸、ホルマリン等の希釈溶液をゆっくり滴下し各金
属成分を不溶性化合物としてまたは一部還元された金属
微粒子として担体上に分散担持させる。
製造される。すなわち、まず導電性力ポンプラックのよ
うな粉末状の担体材料を、合金を構成する各金属成分の
化合物を含む水溶液もしくは水系懸濁液(スラリー)と
接触させ、各金属化合物またはそのイオンを担体上に吸
着または含浸させる。ついでスラリーを高速で撹拌しな
がら適当な固定化剤、例えば、アンモニア、ヒドラジン
、ギ酸、ホルマリン等の希釈溶液をゆっくり滴下し各金
属成分を不溶性化合物としてまたは一部還元された金属
微粒子として担体上に分散担持させる。
白金化合物としては2価あるいは4価の塩化白金酸、塩
化白金酸塩、可溶化されたHzPt(OH)aなどの酸
もしくは塩を使用することができる。また鉄化合物とし
ては塩化第一鉄、塩化第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄
、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄を、また銅化合物としては塩
化第一銅、塩化第二銅、硝酸第二銅、硫酸第二銅などが
それぞれあげられる。
化白金酸塩、可溶化されたHzPt(OH)aなどの酸
もしくは塩を使用することができる。また鉄化合物とし
ては塩化第一鉄、塩化第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄
、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄を、また銅化合物としては塩
化第一銅、塩化第二銅、硝酸第二銅、硫酸第二銅などが
それぞれあげられる。
これらの金属化合物を担体に担持させるにあたり白金、
鉄、銅の3種の化合物の混合溶液による三成分同時担持
法を適用してもよいし、まず白金のみを担持させた担持
白金触媒を製造し、しかる後、鉄および銅を同時に、ま
たは鉄を担持させた後、銅を担持させる等の各種の多段
階担持法も適用できる。
鉄、銅の3種の化合物の混合溶液による三成分同時担持
法を適用してもよいし、まず白金のみを担持させた担持
白金触媒を製造し、しかる後、鉄および銅を同時に、ま
たは鉄を担持させた後、銅を担持させる等の各種の多段
階担持法も適用できる。
担持白金触媒に、鉄および銅の二成分を同時に担持させ
る一段階担持法は、操作の簡便性の点では有利であるが
、こうして形成された触媒前駆体から、本発明の望まし
い合金構造、正方晶規則性合金を得るには、相対的に高
い温度での合金化処理が必要である。高分散な正方晶規
則性合金触媒を得るには担持白金触媒にまず鉄のみを担
持させ還元合金化させ規則性合金を形成させた後、残り
の銅を担持させ、相対的に低い温度で再度加熱還元合金
化させるかまたは、担持白金触媒に銅のみを担持させ還
元合金化させた後、鉄を担持させ再度加熱還元合金化さ
せる二段階合金化処理法が好ましい。
る一段階担持法は、操作の簡便性の点では有利であるが
、こうして形成された触媒前駆体から、本発明の望まし
い合金構造、正方晶規則性合金を得るには、相対的に高
い温度での合金化処理が必要である。高分散な正方晶規
則性合金触媒を得るには担持白金触媒にまず鉄のみを担
持させ還元合金化させ規則性合金を形成させた後、残り
の銅を担持させ、相対的に低い温度で再度加熱還元合金
化させるかまたは、担持白金触媒に銅のみを担持させ還
元合金化させた後、鉄を担持させ再度加熱還元合金化さ
せる二段階合金化処理法が好ましい。
白金、鉄、および銅の各金属成分を分散担持させた触媒
前駆体スラリーは濾過後、窒素気流中で乾燥させる。次
いで水素雰囲気又は、水素を含有する雰囲気ガス中で加
熱還元合金化処理される。
前駆体スラリーは濾過後、窒素気流中で乾燥させる。次
いで水素雰囲気又は、水素を含有する雰囲気ガス中で加
熱還元合金化処理される。
水素を含有しない不活性ガス中あるいは真空中加熱でも
担体であるカーボン素材の還元作用によっである程度の
還元合金化が起るが、その合金化度合はしばしば不十分
であり、かつ十分な触媒活性を示さないことが多い。
担体であるカーボン素材の還元作用によっである程度の
還元合金化が起るが、その合金化度合はしばしば不十分
であり、かつ十分な触媒活性を示さないことが多い。
一般に、担持成分の合金化にはある程度の高温処理が必
要である。本発明の触媒の組成範囲の白金−鉄−鋼の三
元系は600°C以下ではほとんど固溶体合金化がおこ
らない。600℃以上で始めて固溶体合金の生成がおこ
るが600°Cから900℃の比較的低温領域で生成す
るのは立方晶規則性合金である。Tulameenit
e型正方晶規則性合金の生成には850°Cから105
0℃程度の高温処理が必要であり、さらに好ましくは9
00°0から1000°Cであり、保持されるべき時間
は30分から2時間の範囲である。
要である。本発明の触媒の組成範囲の白金−鉄−鋼の三
元系は600°C以下ではほとんど固溶体合金化がおこ
らない。600℃以上で始めて固溶体合金の生成がおこ
るが600°Cから900℃の比較的低温領域で生成す
るのは立方晶規則性合金である。Tulameenit
e型正方晶規則性合金の生成には850°Cから105
0℃程度の高温処理が必要であり、さらに好ましくは9
00°0から1000°Cであり、保持されるべき時間
は30分から2時間の範囲である。
過度の高温における長時間加熱処理は合金の結晶子径を
成長させ、触媒の金属表面積を低下させる故、避けるべ
きである。
成長させ、触媒の金属表面積を低下させる故、避けるべ
きである。
但し、合金化処理の最高温度および保持時間は、還元合
金化前の触媒前駆体上の担持された各成分金属またはそ
の化合物の粒子径と分散度に依存する。粒子径が小さく
高分散で担持されている場合にはより低温でかつ短時間
に十分な合金化が進み、かつ生成する合金粒子径も小さ
く、かつ高分散のものが得られる。
金化前の触媒前駆体上の担持された各成分金属またはそ
の化合物の粒子径と分散度に依存する。粒子径が小さく
高分散で担持されている場合にはより低温でかつ短時間
に十分な合金化が進み、かつ生成する合金粒子径も小さ
く、かつ高分散のものが得られる。
本発明の三元系規則性合金の好ましい合金結晶子径は1
00Å以下であり、さらに好ましくは50Å以下である
。このような微結晶子を得る為には触媒前駆体上の担持
金属またはその化合物の粒子径は50Å以下さらに好ま
しくは30Å以下となるよう、担持工程におけるスラリ
ー濃度、固定化剤の滴下速度、撹拌速度および還元合金
化工程における加熱処理温度と保持時間を制御すべきで
ある。
00Å以下であり、さらに好ましくは50Å以下である
。このような微結晶子を得る為には触媒前駆体上の担持
金属またはその化合物の粒子径は50Å以下さらに好ま
しくは30Å以下となるよう、担持工程におけるスラリ
ー濃度、固定化剤の滴下速度、撹拌速度および還元合金
化工程における加熱処理温度と保持時間を制御すべきで
ある。
本発明のより望ましい合金結晶形態、正方晶規則化が起
る温度は、触媒前駆体上の各金属成分の化学的存在状態
にも依存する。先に述べた如く、予め白金と鉄を含む触
媒前駆体を800°C〜900°Cで還元合金化処理し
白金−鉄の立方晶規則性合金を形成させた後、その上に
銅を分散担持させ、再度加熱合金化させることによりお
よそ850°C〜900 ’Cにおいても正方晶規則化
を起すことができる。他方担持白金触媒に、鉄と銅を同
時担持させ、−段階で合金化させる場合は、正方晶規則
化には950℃〜1050°Cの高温処理が必要である
。すなわち、本発明の二段階合金化処理法によれば、よ
り低温で正方晶規則性合金を形成させることができるた
めに、得られる合金の結晶子径は一段階合金化の場合に
比べて、小さく抑えられ、従って金属表面積のより大な
る合金触媒を形成し得る。このように、より大なる金属
表面積と以下に述べるようなより大なる比活性度の積と
して得られる触媒の質量活性は相乗的により大となり、
高性能な触媒が得られる。
る温度は、触媒前駆体上の各金属成分の化学的存在状態
にも依存する。先に述べた如く、予め白金と鉄を含む触
媒前駆体を800°C〜900°Cで還元合金化処理し
白金−鉄の立方晶規則性合金を形成させた後、その上に
銅を分散担持させ、再度加熱合金化させることによりお
よそ850°C〜900 ’Cにおいても正方晶規則化
を起すことができる。他方担持白金触媒に、鉄と銅を同
時担持させ、−段階で合金化させる場合は、正方晶規則
化には950℃〜1050°Cの高温処理が必要である
。すなわち、本発明の二段階合金化処理法によれば、よ
り低温で正方晶規則性合金を形成させることができるた
めに、得られる合金の結晶子径は一段階合金化の場合に
比べて、小さく抑えられ、従って金属表面積のより大な
る合金触媒を形成し得る。このように、より大なる金属
表面積と以下に述べるようなより大なる比活性度の積と
して得られる触媒の質量活性は相乗的により大となり、
高性能な触媒が得られる。
本発明の白金−鉄一銅の三元系規則性合金触媒の酸素還
元比活性度は従来から報告されているいずれの多元系合
金触媒に比較しても高く、同一の担体に担持された白金
単味触媒の少なくとも3.3倍であった。白金−鉄一銅
の三成分を含んでいても、十分な規則性合金を形成しな
い触媒は相対的に低い比活性度しか示さない。規則性合
金のうちでもTu lameen i teaの正方晶
規則性合金は、低温相の立方晶規則性合金に比べて、よ
り高い比活性度と、より高い触媒安定性を示す。
元比活性度は従来から報告されているいずれの多元系合
金触媒に比較しても高く、同一の担体に担持された白金
単味触媒の少なくとも3.3倍であった。白金−鉄一銅
の三成分を含んでいても、十分な規則性合金を形成しな
い触媒は相対的に低い比活性度しか示さない。規則性合
金のうちでもTu lameen i teaの正方晶
規則性合金は、低温相の立方晶規則性合金に比べて、よ
り高い比活性度と、より高い触媒安定性を示す。
電極触媒の安定性とは、電解質中一定電位負荷の下一定
時間保持の前後におけるEC,MSAの保持率で表わさ
れるか、まt;は酸電解質燃料電池を一定電流密度下、
一定時間運転後の端子電圧劣化速度の逆数で表わされる
。
時間保持の前後におけるEC,MSAの保持率で表わさ
れるか、まt;は酸電解質燃料電池を一定電流密度下、
一定時間運転後の端子電圧劣化速度の逆数で表わされる
。
ついでこのような白金合金電極触媒を使用した本発明の
酸電解質燃料電池用電極について述べる。
酸電解質燃料電池用電極について述べる。
この燃料電池用電極は白金−鉄−銅の担持三元系規則性
合金触媒と撥水性結着剤例えばポリテトラフルオロエチ
レン、ポリフルオロエチレンプロピレン、トリフルオロ
アルコキシポリエチレン等のポリマーバインダーとを、
導電性かつ耐酸性の支持部材、例えば予め撥水処理を施
したグラファイトペーパーやタンタルスクリーンなどに
結着させてなる酸電解質燃料電池用電極で特にリン酸型
燃料電池の酸素還元カソードとして有用なものである。
合金触媒と撥水性結着剤例えばポリテトラフルオロエチ
レン、ポリフルオロエチレンプロピレン、トリフルオロ
アルコキシポリエチレン等のポリマーバインダーとを、
導電性かつ耐酸性の支持部材、例えば予め撥水処理を施
したグラファイトペーパーやタンタルスクリーンなどに
結着させてなる酸電解質燃料電池用電極で特にリン酸型
燃料電池の酸素還元カソードとして有用なものである。
撥水性結着材は触媒層を導電性支持部材に結着させると
ともに、電解質中で触媒層に水素や酸素のような反応ガ
スあるいは水のような生成ガスに対する十分なガス拡散
性を与え、気・液・固の三相界面を形成させるために必
要である。
ともに、電解質中で触媒層に水素や酸素のような反応ガ
スあるいは水のような生成ガスに対する十分なガス拡散
性を与え、気・液・固の三相界面を形成させるために必
要である。
本発明の電極は例えば以下のように製造される。
まず上記の通り白金−鉄一銅の担持三元系規則性合金触
媒を製造し、ついでこの触媒粉末をポリテトラフルオロ
エチレン懸濁液(例えばDuPont社の商標TFE−
30として市販されているもの)またはその他の耐酸性
ポリマー材料よりなる撥水性結着材と混合し均一な懸濁
液とする。一方、同様の耐酸性ポリマー材料により予め
撥水処理を施された支持部材グラファイトペーパーを用
意し、この上に上記、触媒と撥水性結着材との均一混合
懸濁液を濾過吸引法またはスプレー法、ロールコータ−
法等により添着し、不活性ガス雰囲気で焼成することに
より製造される。
媒を製造し、ついでこの触媒粉末をポリテトラフルオロ
エチレン懸濁液(例えばDuPont社の商標TFE−
30として市販されているもの)またはその他の耐酸性
ポリマー材料よりなる撥水性結着材と混合し均一な懸濁
液とする。一方、同様の耐酸性ポリマー材料により予め
撥水処理を施された支持部材グラファイトペーパーを用
意し、この上に上記、触媒と撥水性結着材との均一混合
懸濁液を濾過吸引法またはスプレー法、ロールコータ−
法等により添着し、不活性ガス雰囲気で焼成することに
より製造される。
白金合金は電極支持部材上に触媒的に有効な量だけ存在
することが望ましく、これは一般に、電極支持部材の幾
何学的表面積1 (J ”当・たり白金−鉄一銅合金約
0.1〜2 +ngの範囲であり、好ましくは約0.2
〜l +ng/ clll ”、更に好ましくは約0.
3〜0.7mg/cm”である。
することが望ましく、これは一般に、電極支持部材の幾
何学的表面積1 (J ”当・たり白金−鉄一銅合金約
0.1〜2 +ngの範囲であり、好ましくは約0.2
〜l +ng/ clll ”、更に好ましくは約0.
3〜0.7mg/cm”である。
本発明の上記電極はボタン電池、ガスセンサー用電極、
電解用電極等、一般のガス拡散電極としても利用し得る
が、酸電解質燃料電池用電極として特に好適であり、こ
のような燃料電池に用いられる電解質としてはリン酸の
他、例えは硫酸、塩酸やトリフルオロメタンスルフォン
酸、ジフルオロメタンジスルフオン酸、ポリトリフルオ
ロエチレンスルフォン酸等の超強酸もしくはこれらの混
合物が挙げられる。
電解用電極等、一般のガス拡散電極としても利用し得る
が、酸電解質燃料電池用電極として特に好適であり、こ
のような燃料電池に用いられる電解質としてはリン酸の
他、例えは硫酸、塩酸やトリフルオロメタンスルフォン
酸、ジフルオロメタンジスルフオン酸、ポリトリフルオ
ロエチレンスルフォン酸等の超強酸もしくはこれらの混
合物が挙げられる。
[実施例1
以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本
発明は、これらの実施例にのみ限定されるものではない
。
発明は、これらの実施例にのみ限定されるものではない
。
110rn”IIの比表面積を有する熱処理済み導電性
カーボンブラック(Cabot、 Vulcan XC
−72R)81.?を氷酢酸4.0.9を含有する脱イ
オン水150mβ中でスラリー化した。P t 9.0
1をHz P t (OH)aとして600mj!の水
溶液中にアミンと共に溶解させた。カーボンスラリーを
撹拌しながらこれに白金溶液を添加した後、5%のギ酸
水溶液502を還元剤として徐々に添加しながらスラリ
ー温度を約95°Cまで徐々に上昇させ、次いで95°
Cに30分間保持した後、室温まで放冷し濾過し、脱イ
オン水で洗浄し、濾過ケークを窒素気流中95°C16
時間乾燥させた。このlQwt%P t / C触媒(
C−1*)(京は比較例を意味する、以下同様)は12
0m”/1/のMSAを有し lこ 。
カーボンブラック(Cabot、 Vulcan XC
−72R)81.?を氷酢酸4.0.9を含有する脱イ
オン水150mβ中でスラリー化した。P t 9.0
1をHz P t (OH)aとして600mj!の水
溶液中にアミンと共に溶解させた。カーボンスラリーを
撹拌しながらこれに白金溶液を添加した後、5%のギ酸
水溶液502を還元剤として徐々に添加しながらスラリ
ー温度を約95°Cまで徐々に上昇させ、次いで95°
Cに30分間保持した後、室温まで放冷し濾過し、脱イ
オン水で洗浄し、濾過ケークを窒素気流中95°C16
時間乾燥させた。このlQwt%P t / C触媒(
C−1*)(京は比較例を意味する、以下同様)は12
0m”/1/のMSAを有し lこ 。
媒
製造例1のPt/C触媒(C−1本)502を脱イオン
水1000 +nl中に超音波分散させ均一スラリーと
し、該スラリーを十分激しく撹拌しながら、Fe O
,727を硝酸鉄(III)として、かつCu O,
82,?を硝酸銅(II)として含む混合水溶液150
+Jをスラリーに添加した後、5%ヒドラジン希釈水
溶液を1時間に互ってゆっくり滴下しながらスラリーの
pHを8.0に調整した。1時間さらに撹拌保持後、ス
ラリーを濾過し、脱イオン水にて洗浄後、ケークを窒素
気流中95°Cで乾燥させた。
水1000 +nl中に超音波分散させ均一スラリーと
し、該スラリーを十分激しく撹拌しながら、Fe O
,727を硝酸鉄(III)として、かつCu O,
82,?を硝酸銅(II)として含む混合水溶液150
+Jをスラリーに添加した後、5%ヒドラジン希釈水
溶液を1時間に互ってゆっくり滴下しながらスラリーの
pHを8.0に調整した。1時間さらに撹拌保持後、ス
ラリーを濾過し、脱イオン水にて洗浄後、ケークを窒素
気流中95°Cで乾燥させた。
次いで7容量%の水素(残部窒素)気流中900°Cに
て1.2時間加熱保持後、室温まで放冷し、カーボン担
持Pt−Fe−Cu合金触媒(C−2)を得た。この触
媒は粉末法X線回折(CuKa線)にて単味白金触媒(
+、−1本)のXRDパターンにはない規則性ピーク(
100)2θ=23.2’(カーボンブラック担体のG
raphite (002)回折ピークのショルダーと
して出現)及び(110)2θ−32,7’が、主回折
ピーク (l 11) 2θ−40,7°の低回折角側
に生じ、かつ(220)回折領域では2θ−69,3°
付近に一本のピークしか出現せず、L12型の立方晶規
則性合金と同定された。格子定数a=3.834人、結
晶子径は38人であった。
て1.2時間加熱保持後、室温まで放冷し、カーボン担
持Pt−Fe−Cu合金触媒(C−2)を得た。この触
媒は粉末法X線回折(CuKa線)にて単味白金触媒(
+、−1本)のXRDパターンにはない規則性ピーク(
100)2θ=23.2’(カーボンブラック担体のG
raphite (002)回折ピークのショルダーと
して出現)及び(110)2θ−32,7’が、主回折
ピーク (l 11) 2θ−40,7°の低回折角側
に生じ、かつ(220)回折領域では2θ−69,3°
付近に一本のピークしか出現せず、L12型の立方晶規
則性合金と同定された。格子定数a=3.834人、結
晶子径は38人であった。
透過電子顕微鏡とエネルギー分散微少部分析計を組み合
せた分析透過電顕観察により合金粒子の組成はPt :
Fe :Cuの原子比で50 : 25 +25であり
Pt2FeCu固溶体合金となっていることが確認され
た。
せた分析透過電顕観察により合金粒子の組成はPt :
Fe :Cuの原子比で50 : 25 +25であり
Pt2FeCu固溶体合金となっていることが確認され
た。
製造例2において、窒素気流中500°Cにて、2時間
加熱保持させた以外は製造例2に従ってカーボン担持P
t−Fe−Cu(原子比50 : 25:25)触媒(
C−3*)を製造した。XRDビクは(lit)2θ−
40,1’ (220)2θ−68,0’に出現し、
−非合金化が起っているものの全体としてはなお非合金
化状態すなわちPtとFeとCuの混合物の状態にある
ことが確認された。
加熱保持させた以外は製造例2に従ってカーボン担持P
t−Fe−Cu(原子比50 : 25:25)触媒(
C−3*)を製造した。XRDビクは(lit)2θ−
40,1’ (220)2θ−68,0’に出現し、
−非合金化が起っているものの全体としてはなお非合金
化状態すなわちPtとFeとCuの混合物の状態にある
ことが確認された。
合金触媒
製造例2において硝酸鉄(1)と硝酸銅(II)との仕
込重量を種々変えた以外は製造例2に従ってpi :F
e :Cu原子比が、それぞれ(40:20:40)、
(55: 28 +17)、(60:20+20)であ
るカーボン担持Pt−FeCu合金触媒(それぞれC−
4、C−5、C−6とする)を製造した。XRDにより
、これらの担持合金はいずれも立方晶規則性合金である
ことが確認された。各触媒の格子定数、結晶子径をまと
めて第1表に示す。
込重量を種々変えた以外は製造例2に従ってpi :F
e :Cu原子比が、それぞれ(40:20:40)、
(55: 28 +17)、(60:20+20)であ
るカーボン担持Pt−FeCu合金触媒(それぞれC−
4、C−5、C−6とする)を製造した。XRDにより
、これらの担持合金はいずれも立方晶規則性合金である
ことが確認された。各触媒の格子定数、結晶子径をまと
めて第1表に示す。
裸
製造例2において、7容量%の水素(残部窒素)気流中
1000°Cにて、1.2時間加熱保持して合金化させ
た以外は製造例2に従って、カーボン担持Pt−Fe−
Cu (i子比50 : 25 : 25)合金触媒(
C−7)を製造した。
1000°Cにて、1.2時間加熱保持して合金化させ
た以外は製造例2に従って、カーボン担持Pt−Fe−
Cu (i子比50 : 25 : 25)合金触媒(
C−7)を製造した。
この触媒のXRDパターンは、規則性ピーク(100)
2θ=22.8°、および(110)2θ=32.2°
を有し、かつ(220)領域に(220)2θ−67,
8°と(202)2θ−70,8°の2本の回折ピーク
を有することにより、Ll。型正方晶規則性合金と同定
された。格子定数a−3,906、c=3.631.c
/a−0,9296、結晶子径は60人であった。
2θ=22.8°、および(110)2θ=32.2°
を有し、かつ(220)領域に(220)2θ−67,
8°と(202)2θ−70,8°の2本の回折ピーク
を有することにより、Ll。型正方晶規則性合金と同定
された。格子定数a−3,906、c=3.631.c
/a−0,9296、結晶子径は60人であった。
(製造例6)担持Pt−Fe−Cu正方晶規則性合金触
媒 製造例5において硝酸鉄(III)と硝酸#! (ff
)との仕込重量を種々変えた以外は、製造例5に従って
、Pt:Fe:Cu原子比がそれぞれ(40:20:4
0)(50:17:33)(60:20:20)である
カーボン担持Pt−Fe−Cu合金触媒(それぞれC−
8、C−9、C−10とする)を製造した。XRDによ
りこれら触媒の担持合金はいずれも立方晶規則性合金で
あることが確認された。格子定数、結晶子径をまとめて
第1表に示す。
媒 製造例5において硝酸鉄(III)と硝酸#! (ff
)との仕込重量を種々変えた以外は、製造例5に従って
、Pt:Fe:Cu原子比がそれぞれ(40:20:4
0)(50:17:33)(60:20:20)である
カーボン担持Pt−Fe−Cu合金触媒(それぞれC−
8、C−9、C−10とする)を製造した。XRDによ
りこれら触媒の担持合金はいずれも立方晶規則性合金で
あることが確認された。格子定数、結晶子径をまとめて
第1表に示す。
(製造例7)担持Pt−Fe−Cu立方晶規則性合金触
媒 製造例2において硝酸鉄(III)と硝酸銅(II)と
の仕込重量を種々変えた以外は製造例2に従って(Pt
:Fe:Cu)i子比がそれぞれ(34:33:33)
(45:45:10)(62:31ニア)(82:9:
9)であるカーボン担持Pt−Fe−Cu合金触媒(そ
れぞれC−11*C−12本、C−131、およびC−
14木とする)を製造した。XRDによりこれらの担持
合金はいずれも立方晶規則性合金であることが確認され
た。格子定数、結晶子径をまとめて第1表に示す。
媒 製造例2において硝酸鉄(III)と硝酸銅(II)と
の仕込重量を種々変えた以外は製造例2に従って(Pt
:Fe:Cu)i子比がそれぞれ(34:33:33)
(45:45:10)(62:31ニア)(82:9:
9)であるカーボン担持Pt−Fe−Cu合金触媒(そ
れぞれC−11*C−12本、C−131、およびC−
14木とする)を製造した。XRDによりこれらの担持
合金はいずれも立方晶規則性合金であることが確認され
た。格子定数、結晶子径をまとめて第1表に示す。
(製造例8)担持Pt−Fe−Cu正方晶規則性合金触
媒 製造例5において硝酸鉄(I[[)と硝酸銅(II)と
の仕込重量を種々変えた以外は製造例5に従って(Pt
:Fe :Cu)i子比がそれぞれ(34:33:3
3)(45:45:10)(62:31ニア)(82:
9:9)であるカーボン担持PL−Fe−Cu合金触媒
(それぞれC−15*C−16本、C−17*およびC
−18木とする)を製造した。格子定数、結晶子径をま
とめて第1表に示す。
媒 製造例5において硝酸鉄(I[[)と硝酸銅(II)と
の仕込重量を種々変えた以外は製造例5に従って(Pt
:Fe :Cu)i子比がそれぞれ(34:33:3
3)(45:45:10)(62:31ニア)(82:
9:9)であるカーボン担持PL−Fe−Cu合金触媒
(それぞれC−15*C−16本、C−17*およびC
−18木とする)を製造した。格子定数、結晶子径をま
とめて第1表に示す。
(それぞれC−20木 C−21本とする)を製造した
。XRDによりこれらの担持合金はいずれも立方晶規則
性合金であることが確認された。格子定数、結晶子径を
まとめて第2表に示す。
。XRDによりこれらの担持合金はいずれも立方晶規則
性合金であることが確認された。格子定数、結晶子径を
まとめて第2表に示す。
製造例2において、カーボン担持Pt触媒(C−1本)
にFe O,72&を硝酸鉄(II[)として含む水
溶液を使用してFeのみを担持させた以外は製造例2に
従ってカーボン担持Pt−Fe(原子比67:33)合
金触媒(C−19*)を製造した。XRDにより格子定
数a=3.862A。
にFe O,72&を硝酸鉄(II[)として含む水
溶液を使用してFeのみを担持させた以外は製造例2に
従ってカーボン担持Pt−Fe(原子比67:33)合
金触媒(C−19*)を製造した。XRDにより格子定
数a=3.862A。
結晶子径34人の立方晶規則性合金の生成を確認しj二
。
。
(製造例10)担持Pt−Fe立方晶規則性合金旗碧
製造例9において、硝#鉄(III)の仕込み重量を種
々変化させた以外は製造例9に従って(Pt:Fe)i
子比がそれぞれ(50:50)(75:25)であるカ
ーボン担持Pt−Fe合金触媒合金触媒 製造例9の、カーボン担持Pt−Fe合金触媒(C−1
9本)502を脱イオン1000+nl中に超音波分散
させ均一スラリーとし、該スラリーを十分激しく撹拌し
なからCu O,822を硝酸鋼(「)として含む水
溶液75−をスラリ〜に添加した後、5%ヒドラジン希
釈水溶液を1時間に渡ってゆっくり滴下しながらスラリ
〜のpHを8.0に調整した。濾過、洗浄、乾燥後、製
造例2に従って合金化処理してカーボン担持Pt−Fe
−Cu合金触媒(C−22)を製造した。XRDにより
、格子定数a−3,887人、c=3.639人、c/
a=0.9362、結晶子径40Aの正方晶規則性合金
の生成を確認した。
々変化させた以外は製造例9に従って(Pt:Fe)i
子比がそれぞれ(50:50)(75:25)であるカ
ーボン担持Pt−Fe合金触媒合金触媒 製造例9の、カーボン担持Pt−Fe合金触媒(C−1
9本)502を脱イオン1000+nl中に超音波分散
させ均一スラリーとし、該スラリーを十分激しく撹拌し
なからCu O,822を硝酸鋼(「)として含む水
溶液75−をスラリ〜に添加した後、5%ヒドラジン希
釈水溶液を1時間に渡ってゆっくり滴下しながらスラリ
〜のpHを8.0に調整した。濾過、洗浄、乾燥後、製
造例2に従って合金化処理してカーボン担持Pt−Fe
−Cu合金触媒(C−22)を製造した。XRDにより
、格子定数a−3,887人、c=3.639人、c/
a=0.9362、結晶子径40Aの正方晶規則性合金
の生成を確認した。
同様に、製造例10のカーボン担持Pt−Fe合金触媒
(C−20木)および(C−21本)に、cu lo、
359および0.51を、それぞれ担持させた後、製造
例2に従って合金化処理して(Pt :Fe :Cu)
N子比がそれぞれ(45:45:IQ)および(60:
20 : 20)であるカーボン担持Pt−Fe−C
u正方晶規則性合金触媒(それぞれC−23本、C−2
4とする)を製造した。格子定数、結晶子径を、それぞ
れ第1表に示す。
(C−20木)および(C−21本)に、cu lo、
359および0.51を、それぞれ担持させた後、製造
例2に従って合金化処理して(Pt :Fe :Cu)
N子比がそれぞれ(45:45:IQ)および(60:
20 : 20)であるカーボン担持Pt−Fe−C
u正方晶規則性合金触媒(それぞれC−23本、C−2
4とする)を製造した。格子定数、結晶子径を、それぞ
れ第1表に示す。
製造例5において、カーボン担持Pt触媒(C−1本)
にFe O,729を硝酸鉄(II[)として含む水
溶液を使用してFeのみを担持させた以外は製造例5に
従ってカーボン担持Pt−Fe(原子比50:50)合
金触媒(C−25本)を製造した。XRDにより格子定
数a=3.863人、c=3.722人、c/a−0,
9635なる正方晶規則性合金の生成を確認した。
にFe O,729を硝酸鉄(II[)として含む水
溶液を使用してFeのみを担持させた以外は製造例5に
従ってカーボン担持Pt−Fe(原子比50:50)合
金触媒(C−25本)を製造した。XRDにより格子定
数a=3.863人、c=3.722人、c/a−0,
9635なる正方晶規則性合金の生成を確認した。
(製造例13)担持Pt−Cu不規則性合金触媒製造例
2においてカーボン担持Pt触媒(C−1本)にCu
O,82,?を硝酸銅(II)として含む水溶液を使
用してCuのみを担持させた以外は製造例2に従って担
持pt−Cu(i子比67:33)合金触媒(C−26
*)を製造した。XRDにより格子定数a=3.836
人、結晶子径35人のr、c、c、固溶体合金の生成を
確認したが規則性ピークは検知されなかった。
2においてカーボン担持Pt触媒(C−1本)にCu
O,82,?を硝酸銅(II)として含む水溶液を使
用してCuのみを担持させた以外は製造例2に従って担
持pt−Cu(i子比67:33)合金触媒(C−26
*)を製造した。XRDにより格子定数a=3.836
人、結晶子径35人のr、c、c、固溶体合金の生成を
確認したが規則性ピークは検知されなかった。
同様にカーボン担持P(触媒(C−1本)にCu1.6
37を担持し製造例2に従って合金化して担持Pt−C
u(原子比50:50)合金触媒(C−27本)を製造
した。またこの場合、同一の触媒前駆体を製造例5に従
って、合金化して製造された担持Pt−Cu合金触媒は
XRDにより合金結晶子径が89人に成長するのみで、
結晶形態は不規則性合金のままであることを確認した。
37を担持し製造例2に従って合金化して担持Pt−C
u(原子比50:50)合金触媒(C−27本)を製造
した。またこの場合、同一の触媒前駆体を製造例5に従
って、合金化して製造された担持Pt−Cu合金触媒は
XRDにより合金結晶子径が89人に成長するのみで、
結晶形態は不規則性合金のままであることを確認した。
合金触媒
製造例13の、カーボン担持Pt−Cu合金触媒(C−
25本)に、F e O−72jJを硝酸鉄(II[
)として含む水溶液を使用してFeのみを担持させた以
外は製造例2に従って、カーボン担持Pt−Fe−Cu
合金触媒(C−28)を製造した。XRDにより格子定
数a−3,889人、C−3,637人、c / a
= 0 、9352、結晶子径39人なる正方晶規則性
合金の生成を確認した。
25本)に、F e O−72jJを硝酸鉄(II[
)として含む水溶液を使用してFeのみを担持させた以
外は製造例2に従って、カーボン担持Pt−Fe−Cu
合金触媒(C−28)を製造した。XRDにより格子定
数a−3,889人、C−3,637人、c / a
= 0 、9352、結晶子径39人なる正方晶規則性
合金の生成を確認した。
合金触媒
製造例2においてカーボン担持Pt触媒(C−1本)に
FeO,72,9を硝酸鉄(II[)として、かつCo
0.762を硝酸コバルト(I[)として含む混合
水溶液を使用してFeとCoを担持させた以外は製造例
2に従って担持Pt−Fe−C。
FeO,72,9を硝酸鉄(II[)として、かつCo
0.762を硝酸コバルト(I[)として含む混合
水溶液を使用してFeとCoを担持させた以外は製造例
2に従って担持Pt−Fe−C。
合金触媒(C−29本)を製造した。XRDにより格子
定数a=3.817人、結晶子径35Aの立方晶規則性
合金の生成を確認した。
定数a=3.817人、結晶子径35Aの立方晶規則性
合金の生成を確認した。
(製造例16)担持Pt−Cr−Co(13<子比媒
製造例2においてPt触媒(C−1木)ニCr0.67
9を硝酸クロム([I[)として、かつC。
9を硝酸クロム([I[)として、かつC。
O,7iを硝酸コバルト(II)として含む混合水溶液
を使用してCrとCOを担持させた以外は製造例2に従
って担持Pt−Cr−Co合金触媒(C−30*)を製
造した。XRDにより格子定数a−3,827人、結晶
子径36人の立方晶規則性合金の生成を確認した。
を使用してCrとCOを担持させた以外は製造例2に従
って担持Pt−Cr−Co合金触媒(C−30*)を製
造した。XRDにより格子定数a−3,827人、結晶
子径36人の立方晶規則性合金の生成を確認した。
隨基
製造例2においてPt触媒(C−1*)にC00,76
,9を硝酸コバルト(■)として、かつNiO,75,
?を硝酸ニッケル(It)として含む混合水溶液を使用
してCOとNiを担持させた以外は製造例2に従って担
持Pt−Go−Ni合金触媒(C−31本)を製造した
。XRDにより格子定数a−3.789人、結晶子径3
2人のf、c、c。
,9を硝酸コバルト(■)として、かつNiO,75,
?を硝酸ニッケル(It)として含む混合水溶液を使用
してCOとNiを担持させた以外は製造例2に従って担
持Pt−Go−Ni合金触媒(C−31本)を製造した
。XRDにより格子定数a−3.789人、結晶子径3
2人のf、c、c。
不規則性合金の生成を確認した。
電極の製造
上記の製造例1−16によって得られた触媒01本、C
−2、C−3木、C−4〜c−io、C−11木〜C−
20本、c−22、C−23*C−24、C−25木〜
C−27木、C−28、C−29本〜G−31本をそれ
ぞれポリテトラフルオロエチレンの水性分散液(Dup
onL社、T E FLON@、TFE−30)中に超
音波で分散させた。この混合スラリーに三塩化アルミニ
ウムを添加することにより綿状の塊を凝集、析出させた
。
−2、C−3木、C−4〜c−io、C−11木〜C−
20本、c−22、C−23*C−24、C−25木〜
C−27木、C−28、C−29本〜G−31本をそれ
ぞれポリテトラフルオロエチレンの水性分散液(Dup
onL社、T E FLON@、TFE−30)中に超
音波で分散させた。この混合スラリーに三塩化アルミニ
ウムを添加することにより綿状の塊を凝集、析出させた
。
触媒とポリテトラフルオロエチレンを乾燥重量比50
: 50で含む綿状の塊を、予めポリテトラフルオロエ
チレンで撥水処理したグラファイト紙よりなる支持部材
上に堆積させ、プレスした後乾燥させ窒素気流中350
°C,15分間焼成し電極(C−1木 C−2、C−
3本 C−4〜C10、C−11零〜C−20本、C
−22、C−23木、C−24、C−25木〜C−27
木、C28、C−29本〜(、−31本を支持させたも
のをそれぞれE−1本、E−2、E−3*、E−4〜E
−10,E−1’l*〜E−20本、E−22、E−2
3* E−24、E−25*〜E27本、E−28、
E−29木〜E−31本とする)を得た。これらの電極
は全て電極l am2あたり0.50mgの担持金属(
すなわちPt又はPt合金)を含むように製造された。
: 50で含む綿状の塊を、予めポリテトラフルオロエ
チレンで撥水処理したグラファイト紙よりなる支持部材
上に堆積させ、プレスした後乾燥させ窒素気流中350
°C,15分間焼成し電極(C−1木 C−2、C−
3本 C−4〜C10、C−11零〜C−20本、C
−22、C−23木、C−24、C−25木〜C−27
木、C28、C−29本〜(、−31本を支持させたも
のをそれぞれE−1本、E−2、E−3*、E−4〜E
−10,E−1’l*〜E−20本、E−22、E−2
3* E−24、E−25*〜E27本、E−28、
E−29木〜E−31本とする)を得た。これらの電極
は全て電極l am2あたり0.50mgの担持金属(
すなわちPt又はPt合金)を含むように製造された。
このように製造された実施例および比較例に係る触媒お
よび電極を以下の性能試験に供した。
よび電極を以下の性能試験に供した。
■、酸素還元反応に対する比活性度試験105%リン酸
を電解質として24.mm−の電極試験正に200°C
にて酸素(02)ガスを60011IN/minの流量
で通じながら酸素極半電池特性をE−1* E−2
、E−3本、E−4〜E−10、E−11木〜E−20
* E−22、E−23木E−24、E−25*〜
E−27*、E−28、E−29木〜E−31本の各電
極について測定し電流密度対内部抵抗なしくtR−フリ
ー、以下同様)の端子電圧曲線を得た。これらの各々の
電極の対RHEプラス900mVにおける電流密度(m
A/am”)を求め、これを単位電極面積当りのPt担
持量で除し、さらに各々の電極のEC,MSA(m”/
9 Pt)で除して、比活性度(/ZA/cm”PL
)を求めた。結果を第3表および第4表に示す。本発明
の実施例であるカーボン担持Pt−Fe−Cu規則性合
金E−2、E−4〜E−1o、、E−22、E−243
よびE−28)は、単味PL−(E−1本)の3.3倍
から4倍もの高活性を示し、従来から知られているPt
−Fe(E−19木、E−20木)、Pt−Cu (
E−26木E−27本)、pi−Fe−Co (E−
29本)、Pt−Cr−Go (E−30本)およびP
t−Co−N1(E3L本)の、いずれの規則性合金あ
るいは不規則性合金に比較しても、高活性であった。P
t−Fe−Cu規則性合金のうちでも正方晶規則性合金
(E−7〜E−10、E−22、E−24、E−28)
は、同一組成の立方晶規則性合金E−2、E−4〜E−
6)よりも、3%〜20%高活性であった。
を電解質として24.mm−の電極試験正に200°C
にて酸素(02)ガスを60011IN/minの流量
で通じながら酸素極半電池特性をE−1* E−2
、E−3本、E−4〜E−10、E−11木〜E−20
* E−22、E−23木E−24、E−25*〜
E−27*、E−28、E−29木〜E−31本の各電
極について測定し電流密度対内部抵抗なしくtR−フリ
ー、以下同様)の端子電圧曲線を得た。これらの各々の
電極の対RHEプラス900mVにおける電流密度(m
A/am”)を求め、これを単位電極面積当りのPt担
持量で除し、さらに各々の電極のEC,MSA(m”/
9 Pt)で除して、比活性度(/ZA/cm”PL
)を求めた。結果を第3表および第4表に示す。本発明
の実施例であるカーボン担持Pt−Fe−Cu規則性合
金E−2、E−4〜E−1o、、E−22、E−243
よびE−28)は、単味PL−(E−1本)の3.3倍
から4倍もの高活性を示し、従来から知られているPt
−Fe(E−19木、E−20木)、Pt−Cu (
E−26木E−27本)、pi−Fe−Co (E−
29本)、Pt−Cr−Go (E−30本)およびP
t−Co−N1(E3L本)の、いずれの規則性合金あ
るいは不規則性合金に比較しても、高活性であった。P
t−Fe−Cu規則性合金のうちでも正方晶規則性合金
(E−7〜E−10、E−22、E−24、E−28)
は、同一組成の立方晶規則性合金E−2、E−4〜E−
6)よりも、3%〜20%高活性であった。
Pt−Fe−Cu正方晶規則性合金触媒のうち、本発明
の低温2段階合金化法の触媒と、高温−段階合金化法の
触媒とは、合金の比活性度はほぼ同程度ながら前者の触
媒(E−22、E−248よびE−28)の方が、後者
の触媒(E−7〜E−10)より大きなEC,MSAを
有するために、触媒の質量活性は20〜50%も高活性
であった。
の低温2段階合金化法の触媒と、高温−段階合金化法の
触媒とは、合金の比活性度はほぼ同程度ながら前者の触
媒(E−22、E−248よびE−28)の方が、後者
の触媒(E−7〜E−10)より大きなEC,MSAを
有するために、触媒の質量活性は20〜50%も高活性
であった。
Pt−Fe−Cu規則性合金であっても、PLの組成が
40*子%未満と少ない場合(E−ti木、E−15本
)、または逆に60原子%を超えて多い場合(E−13
*、E−14木、Ell木、E−18末)あるいはFe
やCuの組成が13原子%未満か、または40原子%を
超える場合(E−12本、E−16木、E−23本)の
比活性度は、せいぜい、従来の二〜三元系合金並みであ
った。
40*子%未満と少ない場合(E−ti木、E−15本
)、または逆に60原子%を超えて多い場合(E−13
*、E−14木、Ell木、E−18末)あるいはFe
やCuの組成が13原子%未満か、または40原子%を
超える場合(E−12本、E−16木、E−23本)の
比活性度は、せいぜい、従来の二〜三元系合金並みであ
った。
正方晶規則性合金であっても、本発明の望ましい組成範
囲(Pt40〜60に子%、Fe13〜40[子%、か
つCu13〜40原子%)をはずれIこもの(E−15
京、E−16本、E−23木E−251)の比活性度は
、対応する組成の立方晶合金(それぞれE−11木、E
−12木、E−12木、E−20本)よりは高活性では
あるももの、依然として従来の触媒並みであった。2段
階合金化法で製造される高分散合金(E−23本)と言
えども例外ではなく質量活性でみても高々単味Ptの1
.7倍で、それほど高くはなかった。
囲(Pt40〜60に子%、Fe13〜40[子%、か
つCu13〜40原子%)をはずれIこもの(E−15
京、E−16本、E−23木E−251)の比活性度は
、対応する組成の立方晶合金(それぞれE−11木、E
−12木、E−12木、E−20本)よりは高活性では
あるももの、依然として従来の触媒並みであった。2段
階合金化法で製造される高分散合金(E−23本)と言
えども例外ではなく質量活性でみても高々単味Ptの1
.7倍で、それほど高くはなかった。
本発明の組成範囲のPt−Fe−Cu三元系触媒でも合
金化不十分な場合(E−3本)は、やはりその比活性度
は、せいぜい従来の二〜三元系合金並みであった。
金化不十分な場合(E−3本)は、やはりその比活性度
は、せいぜい従来の二〜三元系合金並みであった。
■、電極安定性試験
電極E−1木、E−2、E−3本、E−4〜E−10、
E−11木〜E−20本、E−22、E−23京 E
−24、E−25零〜E−27*E−28、E−29木
〜E−31本の、それぞれの試験片を、105%リン酸
100−を入れたエジングセルに浸漬し雰囲気を窒素ガ
スでパージしながら+700mV(vs、RHE)の一
定電位を印加しながら200°Cで50時間保持した後
電極のEC,MSAを測定し、試験前の未処理のEC。
E−11木〜E−20本、E−22、E−23京 E
−24、E−25零〜E−27*E−28、E−29木
〜E−31本の、それぞれの試験片を、105%リン酸
100−を入れたエジングセルに浸漬し雰囲気を窒素ガ
スでパージしながら+700mV(vs、RHE)の一
定電位を印加しながら200°Cで50時間保持した後
電極のEC,MSAを測定し、試験前の未処理のEC。
MSAと比較した。その結果を第3表、第4表に示す。
本発明のPt−Fe−Cu規則性合金触媒の電極E−2
〜E−10,E−22、E−24、E−28はPt単味
の触媒の電極E−1本に比べて1.8倍以上の安定性を
示した。従来の二〜三元系合金触媒のうちこれに比肩す
るのはPt−Cu/C(E−25本 E−26本)のみ
であり、それ以外のPt−Fe/C(E−19零 E−
20本)、Pt−Fe−Co/C(E−29*)Pt−
Cr−Co/C(E−30本)およびPt−Co−N
i/C(E−31本)はすべてEC。
〜E−10,E−22、E−24、E−28はPt単味
の触媒の電極E−1本に比べて1.8倍以上の安定性を
示した。従来の二〜三元系合金触媒のうちこれに比肩す
るのはPt−Cu/C(E−25本 E−26本)のみ
であり、それ以外のPt−Fe/C(E−19零 E−
20本)、Pt−Fe−Co/C(E−29*)Pt−
Cr−Co/C(E−30本)およびPt−Co−N
i/C(E−31本)はすべてEC。
MAS保持率70%以下であった。Pt−Fe/C(E
−25本)は、前出の文献(特開昭60156551号
)では全く言及されなかった正方晶規則性合金を含み、
本発明のPt−Fe−Cu正方晶規則性合金と類似の合
金結晶構造を有する故に安定性が高いのであろう。但し
、高性能な触媒である為には、安定性のみが重要なので
はなく、高比活性度でかつ高安定性でなければならない
。
−25本)は、前出の文献(特開昭60156551号
)では全く言及されなかった正方晶規則性合金を含み、
本発明のPt−Fe−Cu正方晶規則性合金と類似の合
金結晶構造を有する故に安定性が高いのであろう。但し
、高性能な触媒である為には、安定性のみが重要なので
はなく、高比活性度でかつ高安定性でなければならない
。
Pt−Fe正方晶合金(E−25本)の比活性度は本発
明のPt−Fe−Cu規則性合金のそれの70%を超え
ない。また、前述した如<Pt−Cu合金(E−25*
、E−26本)の比活性度は本発明のPt−Fe−Cu
規則性合金のそれに及ばない。PL−Fe−Cu規則性
合金触媒であっても、Pt40〜60WL子%、Fe1
3〜40JIt[子%でかつC,u l 3〜40i子
%の組成範囲に入らないものはEC,MASの保持率が
70%に満す相対的に低い(E−11木〜E−15末、
E−17木、E−23*)か、または初期のEC。
明のPt−Fe−Cu規則性合金のそれの70%を超え
ない。また、前述した如<Pt−Cu合金(E−25*
、E−26本)の比活性度は本発明のPt−Fe−Cu
規則性合金のそれに及ばない。PL−Fe−Cu規則性
合金触媒であっても、Pt40〜60WL子%、Fe1
3〜40JIt[子%でかつC,u l 3〜40i子
%の組成範囲に入らないものはEC,MASの保持率が
70%に満す相対的に低い(E−11木〜E−15末、
E−17木、E−23*)か、または初期のEC。
M’AS自体が著しく低い(E−16木〜E−18本)
。
。
■、燃料電池単電池試験
電極E−1*をアノードとし、電極E−1*E−19木
E−22、E−26木、E−29本E−30零 E
−31本、をそれぞれカソードとして、小型燃料電池単
電池(電極有効面積7.4cmX7.4cm)を組み立
て190°Cにおいて水素および空気を、それぞれアノ
ードおよびカソードに、100mA/minおよび60
0 mj2/ minの流量でそれぞれ供給しながら8
5%リン酸を電解質としてl 60 mA/ cm”の
電流密度で3000時間に互って運転した。各単電池の
IR−フリーの端子電圧の経時変化を第3図に示す。
E−22、E−26木、E−29本E−30零 E
−31本、をそれぞれカソードとして、小型燃料電池単
電池(電極有効面積7.4cmX7.4cm)を組み立
て190°Cにおいて水素および空気を、それぞれアノ
ードおよびカソードに、100mA/minおよび60
0 mj2/ minの流量でそれぞれ供給しながら8
5%リン酸を電解質としてl 60 mA/ cm”の
電流密度で3000時間に互って運転した。各単電池の
IR−フリーの端子電圧の経時変化を第3図に示す。
本発明のPt −Fe−Cu規則性合金触媒から調製さ
れた電極E−22をカソードとして使用した単電池は、
運転開始後500時間の初期特性において、比較例のP
t/C電極(E−1*)、Pt−Fe/C電極(E−1
9本)、Pt−Cu/C電極(E−26本)、Pt−F
e−Co/C電極(E−29本)、PL−Cr−Co/
C電極(E−30本)およびPt−Co−Ni/C電極
(E−31木)をそれぞれカソードとして使用した単電
池に比べて、それぞれ55mV、 27mV。
れた電極E−22をカソードとして使用した単電池は、
運転開始後500時間の初期特性において、比較例のP
t/C電極(E−1*)、Pt−Fe/C電極(E−1
9本)、Pt−Cu/C電極(E−26本)、Pt−F
e−Co/C電極(E−29本)、PL−Cr−Co/
C電極(E−30本)およびPt−Co−Ni/C電極
(E−31木)をそれぞれカソードとして使用した単電
池に比べて、それぞれ55mV、 27mV。
13mV、5mV、 22mV、 20mVも高い端子
電圧を示した。
電圧を示した。
端子電圧の初期値が高いだけではなく、その経時劣化速
度もカソード(E−22)の単電池は約4mV/ 10
00時間であり、カソード(E−1本)の約15mV/
1000時間、カソード(E−19’E−29木、E−
30本、E−31本)のlOmV/1000時間に比べ
て大巾に抑制されておりカソード(E−26*)の劣化
速度smv/1000時間より、20%程度改善されて
いた。以上、本発明のPL−Fe−Cu規則性合金電極
触媒は燃料電池用カソード触媒として、初期活性と寿命
の両方の点で従来の多元系合金触媒を大巾に浚ぐ高性能
を示しその経済的効果は大である。
度もカソード(E−22)の単電池は約4mV/ 10
00時間であり、カソード(E−1本)の約15mV/
1000時間、カソード(E−19’E−29木、E−
30本、E−31本)のlOmV/1000時間に比べ
て大巾に抑制されておりカソード(E−26*)の劣化
速度smv/1000時間より、20%程度改善されて
いた。以上、本発明のPL−Fe−Cu規則性合金電極
触媒は燃料電池用カソード触媒として、初期活性と寿命
の両方の点で従来の多元系合金触媒を大巾に浚ぐ高性能
を示しその経済的効果は大である。
r発明の効果J
以上の説明から明らかなように本発明のカーボン粉末担
持白金−鉄一銅規則性合金電極触媒は、燃料電池用カソ
ード触媒として、初期活性と寿命の両方の点で、従来の
多元系合金触媒を大巾に浚ぐ高性能を示す。この電極触
媒と支持部材とからなる本発明の電極を用いて構成され
る酸電解質燃料電池は優れた出力性能と長い運転寿命を
有し、経済的効果は大である。
持白金−鉄一銅規則性合金電極触媒は、燃料電池用カソ
ード触媒として、初期活性と寿命の両方の点で、従来の
多元系合金触媒を大巾に浚ぐ高性能を示す。この電極触
媒と支持部材とからなる本発明の電極を用いて構成され
る酸電解質燃料電池は優れた出力性能と長い運転寿命を
有し、経済的効果は大である。
第1図は、白金−鉄−銅三元系の1000℃における相
図を示す。 数値は金属の原子百分率組成を示す。 第2図は、白金−鉄一銅の三元系規則性面心正方晶合金
の単位格子構造を示す。 第3図は、本発明の実施例である担持白金〜鉄−銅三元
系規則性合金触媒を用いた電極または従来の白金単味や
白金多元系合金触媒の電極をそれぞれカソードとして用
いて構成された燃料電池単電池の、3000時間の運転
中の、IR−フリーの端子電圧の経時変化を測定した結
果を示す。 外1名 β0相 ; 規則性面心正方晶 T ; Tulameenite 運転時間 (時開 )
図を示す。 数値は金属の原子百分率組成を示す。 第2図は、白金−鉄一銅の三元系規則性面心正方晶合金
の単位格子構造を示す。 第3図は、本発明の実施例である担持白金〜鉄−銅三元
系規則性合金触媒を用いた電極または従来の白金単味や
白金多元系合金触媒の電極をそれぞれカソードとして用
いて構成された燃料電池単電池の、3000時間の運転
中の、IR−フリーの端子電圧の経時変化を測定した結
果を示す。 外1名 β0相 ; 規則性面心正方晶 T ; Tulameenite 運転時間 (時開 )
Claims (5)
- (1)40〜60原子%の白金、13〜40原子%の鉄
、および13〜40原子%の銅を含有する白金−鉄−銅
の三元系規則性合金が導電性カーボン粉末担体上に分散
担持されてなる酸電解質燃料電池用担持白金合金電極触
媒。 - (2)白金−鉄−銅の三元系規則性合金が面心正方晶構
造である特許請求の範囲(1)記載の担持白金合金電極
触媒。 - (3)白金−鉄−銅の三元系正方晶規則性合金が、平均
結晶子径50Å以下の高分散状態で、導電性カーボン粉
末担体上に担持されてなる特許請求の範囲(2)記載の
担持白金合金電極触媒。 - (4)予め形成された、白金−鉄の担持二元系規則性合
金に銅を担持させた後再度合金化処理するか、または、
白金−銅の担持二元系合金に鉄を担持させた後再度合金
化処理することを特徴とする特許請求の範囲(3)記載
の担持白金合金電極触媒の製法。 - (5)40〜60原子%の白金、13〜40原子%の鉄
および13〜40原子%の銅を含有する白金−鉄−銅の
三元系規則性合金が導電性カーボン粉末担体に分散担持
されてなる担持白金合金電極触媒と、撥水性結着材とが
導電性かつ耐酸性の支持部材に結着されていることを特
徴とする酸電解質燃料電池用電極。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63211621A JPH0697614B2 (ja) | 1988-08-26 | 1988-08-26 | 担持白金合金電極触媒 |
| DE89115746T DE68908042T2 (de) | 1988-08-26 | 1989-08-25 | Elektrokatalysator, bestehend aus einer Platinlegierung auf einem Träger. |
| EP89115746A EP0355853B1 (en) | 1988-08-26 | 1989-08-25 | Supported platinum alloy electrocatalyst |
| US07/399,125 US4970128A (en) | 1988-08-26 | 1989-08-28 | Supported platinum alloy electrocatalyst |
| US07/578,001 US5096866A (en) | 1988-08-26 | 1990-09-04 | Supported platinum alloy electrocatalyst |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63211621A JPH0697614B2 (ja) | 1988-08-26 | 1988-08-26 | 担持白金合金電極触媒 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0261961A true JPH0261961A (ja) | 1990-03-01 |
| JPH0697614B2 JPH0697614B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=16608800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63211621A Expired - Lifetime JPH0697614B2 (ja) | 1988-08-26 | 1988-08-26 | 担持白金合金電極触媒 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US4970128A (ja) |
| EP (1) | EP0355853B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0697614B2 (ja) |
| DE (1) | DE68908042T2 (ja) |
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