金属氧化物电极催化剂及其用途和金属氧化物电极催化剂的制造方法技术

本发明专利技术提供一种适用作为铂催化剂的替代材料的具有高的氧还原能力的金属氧化物电极催化剂。本发明专利技术的金属氧化物电极催化剂是由在含氧气氛下对金属化合物（X）进行热处理而得到的金属氧化物（Y）形成的电极催化剂，其特征在于，所述金属化合物（X）的金属价数比所述金属氧化物（Y）的金属价数小。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2008年7月23日、专利技术名称为“金属氧化物电极催化剂及其用途和金属氧化物电极催化剂的制造方法”、申请号为200880101065.8的分案申请。 
本专利技术涉及金属氧化物电极催化剂及其用途以及金属氧化物电极催化剂的制造方法。 
技术介绍
以往，在燃料电池的阴极（空气极）表面和/或阳极（燃料极）表面设置有含有电极用的催化剂（以下也记为「电极催化剂」）的层（以下也记为「电极催化剂层」）。 作为该电极催化剂，使用了在高的电位下稳定、且催化能力高的铂催化剂。可是，由于铂的价格高，并且资源量受限，因此要求开发能够替代的催化剂。 作为替代铂催化剂的用于阴极的电极催化剂，金属氧化物电极催化剂近年受到关注。金属氧化物一般在酸性电解质中和/或高电位下不腐蚀且是稳定的。另外，通过使用金属氧化物在电极表面形成电极催化剂的层，电极自身能够稳定地存在。 例如在专利文献1（特开2004-95263号公报）中，作为使用了金属氧化物的电极催化剂，提出了含有WO3、TiO2、ZrO2、PtO、Sb2O4或者Sb2O3的燃料电池用催化剂。可是，该燃料电池用催化剂设想了并用铂，尚有改善的余地。 另外，在专利文献2（特开2005-63677号公报）中，提出了使用氧化钌、氧化钛、氧化钒、氧化锰、氧化钴、氧化镍或者氧化钨来作为电极催化剂的燃料电池。可是，使用了这些金属氧化物的电极催化剂，存在氧还原能力低的问题。 专利文献1：特开2004-95263号公报 专利文献2：特开2005-63677号公报 
技术实现思路
本专利技术的课题是解决这样的现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供具有高的氧还原能力的金属氧化物电极催化剂及其用途、以及金属氧化物电极催化剂的制造方法。 本专利技术者们为解决上述现有技术的问题而刻苦研讨的结果发现，由采用特定的制造方法得到的金属氧化物形成的电极催化剂具有高的氧还原能力，从而完成了本专利技术。 本专利技术涉及例如以下的（1）～（20）方案。 （1）一种金属氧化物电极催化剂，是由在含氧气氛下对金属化合物（X）进行热处理而得到的金属氧化物（Y）形成的电极催化剂，其特征在于，上述金属化合物（X）的金属价数比上述金属氧化物（Y）的金属价数小。 （2）根据（1）所述的金属氧化物电极催化剂，其特征在于，构成上述金属氧化物（Y）的金属元素是选自铌、钛、钽和锆中的一种金属元素。 （3）根据（1）所述的金属氧化物电极催化剂，其特征在于，构成上述金属氧化物（Y）的金属元素是铌或者钛。 （4）根据（1）～（3）的任一项所述的金属氧化物电极催化剂，其特征在于，上述金属化合物（X）是金属氧化物。 （5）根据（1）～（4）的任一项所述的金属氧化物电极催化剂，其特征在于，上述金属化合物（X）是二氧化铌（NbO2），上述金属氧化物（Y）是五氧化二铌（Nb2O5）。 （6）根据（1）～（5）的任一项所述的金属氧化物电极催化剂，其特征在于，上述金属氧化物（Y）是斜方晶、单斜晶或者立方晶的五氧化二铌（Nb2O5）。 （7）根据（1）～（4）的任一项所述的金属氧化物电极催化剂，其特征在于，上述金属化合物（X）是三氧化二钛（Ti2O3），上述金属氧化物（Y）是氧化钛（TiO2）。 （8）根据（1）、（2）、（3）、（4）或（7）所述的金属氧化物电极催化剂，其特征在于，上述金属氧化物（Y）是金红石型的氧化钛（TiO2）。 （9）根据（1）～（8）的任一项所述的金属氧化物电极催化剂，其特征在于，是粉末。 （10）根据（1）～（9）的任一项所述的金属氧化物电极催化剂，其特征在于，BET比表面积为0.1～100m2/g的范围。 （11）根据（1）～（10）的任一项所述的金属氧化物电极催化剂，其特征在于，BET比表面积比金属化合物（X）粉末的BET比表面积大。 （12）根据（1）～（11）的任一项所述的金属氧化物电极催化剂，其特征在于，离子化电位为4.9～5.5eV的范围。 （13）一种催化剂层，其特征在于，含有（1）～（12）的任一项所述的金属氧化物电极催化剂。 （14）根据（13）所述的催化剂层。其特征在于，还含有电子传导性粒子。 （15）一种膜电极接合体，是具有阴极、阳极和配置于上述阴极和上述阳极之间的电解质膜的膜电极接合体，其特征在于，上述阴极具有（13）或者（14）所述的催化剂层。 （16）一种燃料电池，其特征在于，具有（15）所述的膜电极接合体。 （17）根据（16）所述的燃料电池，其特征在于，是固体高分子型燃料电池。 （18）一种制造（1）～（12）的任一项所述的金属氧化物电极催化剂的方法，其特征在于，包括：在含氧气氛下对金属化合物（X）进行热处 理从而得到金属氧化物（Y）的工序。 （19）根据（18）所述的金属氧化物电极催化剂制造方法，其特征在于，上述热处理的温度为400～1200℃的范围。 （20）根据（18）或（19）所述的金属氧化物电极催化剂制造方法。其特征在于，还包括对上述金属氧化物（Y）进行破碎的工序。 本专利技术的金属氧化物电极催化剂具有高的氧还原能力，在酸性电解质中即使是在高电位条件下也难以腐蚀，很稳定。 附图说明图1是评价了实施例1的燃料电池用电极（1）的氧还原能力的曲线图。 图2是实施例1的电极催化剂（1）的XRD光谱。 图3是评价了实施例2的燃料电池用电极（2）的氧还原能力的曲线图。 图4是实施例2的电极催化剂（2）的XRD光谱。 图5是评价了实施例3的燃料电池用电极（3）的氧还原能力的曲线图。 图6是实施例3的电极催化剂（3）的XRD光谱。 图7是评价了比较例1的燃料电池用电极的氧还原能力的曲线图。 图8是比较例1的电极催化剂的XRD光谱。 图9是评价了比较例2的燃料电池用电极的氧还原能力的曲线图。 图10是比较例2的电极催化剂的XRD光谱。 图11是评价了比较例3的燃料电池用电极的氧还原能力的曲线图。 图12是比较例3的电极催化剂的XRD光谱。 图13是评价了实施例4的燃料电池用电极（4）的氧还原能力的曲线图。 图14是实施例4的电极催化剂（4）的XRD光谱。 图15是评价了实施例5的燃料电池用电极（5）的氧还原能力的曲线图。 图16是实施例5的电极催化剂（5）的XRD光谱。 图17是评价了比较例4的燃料电池用电极的氧还原能力的曲线图。 图18是比较例4的电极催化剂的XRD光谱。 图19是评价了比较例5的燃料电池用电极的氧还原能力的曲线图。 图20是比较例5的电极催化剂的XRD光谱。 图21是评价了比较例6的燃料电池用电极的氧还原能力的曲线图。 图22是比较例6的电极催化剂的XRD光谱。 图23是评价了比较例7的燃料电池用电极的氧还原能力的曲线图。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池的阴极用催化剂层，含有金属氧化物电极催化剂和酸性电解质，所述金属氧化物电极催化剂由在含氧气氛下对金属化合物（X）进行热处理而得到的金属氧化物（Y）形成，其特征在于，所述金属化合物（X）的金属价数比所述金属氧化物（Y）的金属价数小。

【技术特征摘要】
2007.07.31 JP 198853/20071.一种燃料电池的阴极用催化剂层，含有金属氧化物电极催化剂和酸
性电解质，所述金属氧化物电极催化剂由在含氧气氛下对金属化合物（X）
进行热处理而得到的金属氧化物（Y）形成，其特征在于，所述金属化合
物（X）的金属价数比所述金属氧化物（Y）的金属价数小。
2.一种燃料电池的阴极用催化剂层，含有金属氧化物电极催化剂和电
解质，所述金属氧化物电极催化剂由在含氧气氛下对金属化合物（X）进
行热处理而得到的金属氧化物（Y）形成，其特征在于，所述金属化合物
（X）的金属价数比所述金属氧化物（Y）的金属价数小，
所述电解质是选自具有磺酸基的全氟碳聚合物、具有磺酸基的烃系高
分子化合物、掺杂了无机酸的高分子化合物、高分子基质中浸渍有磷酸溶
液的质子传导体、高分子基质中浸渍有硫酸溶液的质子传导体中的任一种。
3.如权利要求2所述的阴极用催化剂层，所述电解质是具有磺酸基的
全氟碳聚合物。
4.根据权利要求1或2所述的阴极用催化剂层，其特征在于，构成所
述金属氧化物（Y）的金属元素是选自铌、钛、钽和锆中的一种金属元素。
5.根据权利要求1或2所述的阴极用催化剂层，其特征在于，构成所
述金属氧化物（Y）的金属元素是铌或...

【专利技术属性】
技术研发人员：黑住忠利，狮狮仓利一，小沼博，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP