碳催化剂、电极和电池制造技术

本发明专利技术提供了表现出优异活性的碳催化剂、电极和电池。本发明专利技术的一个实施方案的碳催化剂具有下述碳结构，其中通过分离在经由粉末X射线衍射获得的X射线衍射图样中26°衍射角附近的峰而获得的三个峰f宽、f中和f窄的面积比率满足以下条件(a)～(c)：(a)f宽：75％以上且96％以下；(b)f中：3.2％以上且15％以下；和(c)f窄：0.4％以上且15％以下。

【技术实现步骤摘要】
碳催化剂、电极和电池本申请为于2015年11月30日提交的申请号为201580019767.1的专利技术名称为“碳催化剂、电极和电池”的申请的分案申请。
本专利技术涉及碳催化剂、电极和电池。
技术介绍
现在，作为用于燃料电池的电极的催化剂，使用铂催化剂。然而，存在许多需要解决的问题。例如，铂的储量有限。在聚合物电解质燃料电池(PEFC,polymerelectrolytefuelcell)中，使用铂将提高成本。在空气电池中，使用铂将提高成本；另外，还发生由铂引起的化学反应，例如电解质溶液的分解。因此，已经开发出不使用铂的替代性技术。具体而言，例如，在专利文献1中，公开了由具有壳状结构的碳化材料形成的用于燃料电池的电极催化剂。引证目录专利文献专利文献1：JP2007-207662A
技术实现思路
技术问题然而，对碳催化剂的催化剂活性有贡献的碳结构还未被充分阐明。鉴于上述问题，做出了本专利技术；并且本专利技术的目的之一在于提供表现出优异催化剂活性的碳催化剂、电极和电池。解决技术问题的技术方案为了解决上述问题，根据本专利技术的一个实施方案的碳催化剂包含下述碳结构，其中通过分离在经由粉末X射线衍射获得的X射线衍射图样中26°衍射角附近的峰而获得的三个峰f宽、f中和f窄的面积比率满足以下条件(a)～(c)：(a)f宽：75％以上且96％以下；(b)f中：3.2％以上且15％以下；和(c)f窄：0.4％以上且15％以下。根据本专利技术，可提供表现出优异催化剂活性的碳催化剂。碳催化剂可以包含下述碳结构，其在氧吸附脱附测量中表现出13kJ/mol以下的氧吸附热。碳催化剂可以包含下述碳结构，其中，在测量0℃～1000℃的二氧化碳脱附量的升温脱附法中，150℃～900℃的二氧化碳脱附量在200℃～340℃范围内表现出最大值。碳催化剂可以包含下述碳结构，其在测量0℃～1000℃的一氧化碳脱附量和二氧化碳脱附量的升温脱附法中，表现出0.30mmol/g以上的150℃～1000℃的一氧化碳脱附量，以及0.10mmol/g以上的150℃～900℃的二氧化碳脱附量。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个实施方案的电极包含上述任一碳催化剂。根据本专利技术，可提供表现出优异催化剂活性的电极。为了解决上述问题，根据本专利技术的一个实施方案的电池包含上述电极。根据本专利技术，可提供包含表现出优异催化剂活性的电极的电池。专利技术的有益效果根据本专利技术，可提供表现出优异活性的碳催化剂、电极和电池。附图说明[图1]是示出了在根据本专利技术的一个实施方案的实施例1中通过评价碳催化剂的特性而获得的结果的一个实例的说明图。[图2A]是示出了在根据本专利技术的一个实施方案的实施例1中通过对样品1进行XRD峰分离而获得的结果的一个实例的说明图。[图2B]是示出了在根据本专利技术的一个实施方案的实施例1中通过对样品3进行XRD峰分离而获得的结果的一个实例的说明图。[图3]是示出了在根据本专利技术的一个实施方案的实施例1中通过测量样品1、2和6的CO2脱附量而获得的程序升温脱附曲线的一个实例的说明图。[图4]是示出了在根据本专利技术的一个实施方案的实施例2中通过评价碳催化剂的特性而获得的结果的一个实例的说明图。具体实施方式以下将描述本专利技术的一个实施方案。本专利技术不限于该实施方案中示出的实例。根据本专利技术的一个实施方案的碳催化剂(以下称为“本专利技术的催化剂”)具有下述碳结构，其中通过分离在经由粉末X射线衍射获得的X射线衍射图样中26°衍射角附近的峰而获得的三个峰f宽、f中和f窄的面积比率满足以下条件(a)～(c)：(a)f宽：75％以上且96％以下；(b)f中：3.2％以上且15％以下；和(c)f窄：0.4％以上且15％以下。此处，将详细描述峰分离。峰分离通过以下过程进行：将26°衍射角2θ附近的峰(例如，在衍射角范围24°～27°或衍射角范围23°～27°内)(在26°衍射角2θ附近具有峰顶的峰)分离为以下三个分量：f宽、f中和f窄。更具体而言，峰分离通过以下程序进行。首先，将通过粉末X射线衍射测量获得的X射线衍射图样进行偏振因子、洛伦兹因子和碳原子散射因子的强度校正；并且还进行背景校正，其中将连接10°～20°衍射角的附近(vicinity)与30°～40°衍射角的附近的直线定义为背景，并且在强度校正后从各个衍射强度中扣除背景。接下来，在经校正的X射线衍射图样中，将在26°衍射角2θ附近具有峰顶的峰叠加在高斯基本波形上以进行逼近，由此使峰强度、峰半宽值和峰位置最优化，并且对上述峰中包括的三个叠加峰各自进行曲线拟合，从而进行峰分离。曲线拟合进行的方式使得残差平方和变得最小。残差平方是指各测量衍射角处的残余误差的平方，并且残差平方和是指残差平方的和。另外，残余误差是指在经校正的X射线衍射图样中在26°衍射角2θ附近具有峰顶的峰的强度与三个经分离的峰(f宽、f中和f窄)的强度和之间的差。通过这种峰分离，可以获得三个峰，即：低结晶性成分的两个峰f宽和f中以及高结晶性成分的峰f窄。在24.0°±4.0°的衍射角附近观察到峰f宽，并将其定义为具有10°±5.0°的半宽值的峰。在26.3°±1.5°的衍射角附近观察到峰f中，并将其定义为具有3.5°±3.0°的半宽值的峰。在26.5°±1.0°的衍射角附近观察到峰f窄，并将其定义为具有1.0°±0.9°的半宽值的峰。本专利技术的催化剂的上述三个峰可满足以下条件(a)～(c)：(a)f宽：75％以上且95％以下；(b)f中：3.5％以上且15％以下；和(c)f窄：0.4％以上且12％以下。更进一步地，本专利技术的催化剂的上述三个峰可满足以下条件(a)～(c)：(a)f宽：78％以上且95％以下；(b)f中：4.0％以上且15％以下；和(c)f窄：1.0％以上且12％以下。本专利技术的催化剂可以具有上述的碳结构，其中，在包括测量0℃～1000℃的二氧化碳脱附量的程序升温脱附法中，150℃～900℃的二氧化碳脱附量在200℃～340℃范围内表现出最大值。程序升温脱附(TPD)法包括：对本专利技术的催化剂进行热处理，以使官能团从本专利技术的催化剂的碳结构中脱附；使氧化学吸附至所述碳结构上；然后测量在0℃～1000℃温度范围内所述碳结构的二氧化碳脱附量。在这种TPD中，本专利技术的催化剂在150℃～900℃的二氧化碳脱附量表现出最大值时的温度(下文有时称为“峰顶位置”)落入200℃～340℃的范围内。本专利技术的催化剂在TPD的二氧化碳脱附中的峰顶位置可落入例如200℃～320℃的范围内。本专利技术的催化剂可以具有上述碳结构，其在包括测量0℃～1000℃的一氧化碳脱附量和二氧化碳脱附量的程序升温脱附法中，表现出0.3mmol/g以上的150℃～1000℃的一氧化碳脱附量，以及0.1mmol/g以上的150℃～900℃的二氧化碳脱附量。以与上述情况相同的方式，该TPD法包括：对本专利技术的催化剂进行热处理，以使官能团从本专利技术的催化剂的碳结构中脱附；使氧化学吸附至所述碳结构上；然后测量1克本专利技术的催化剂在0℃～1000℃温度范围内的所述碳结构的一氧化碳脱附量和二氧化碳脱附量。在这种TPD中，本专利技术的催化剂在150℃～1000℃的一氧化碳脱附量为0.30mmol/g以上，且其在150℃～900℃的二氧化碳脱附量为0.10mmol/g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.碳催化剂，其包含下述碳结构，其中，在测量0℃～1000℃的二氧化碳脱附量的升温脱附法中，150℃～900℃的二氧化碳脱附量在200℃～340℃范围内表现出最大值。

【技术特征摘要】
2014.12.05 JP 2014-2468201.碳催化剂，其包含下述碳结构，其中，在测量0℃～1000℃的二氧化碳脱附量的升温脱附法中，150℃～900℃的二氧化碳脱附量在200℃～340℃范围内表现出最大值。2.如权利要求1所述的碳催化剂，其中所述碳催化剂包含下述碳结构，其在测量0℃～1000℃的一氧化碳脱附量和二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：今城靖雄，岸本武亮，佐藤铁太郎，尾崎纯一，真家卓也，草処彩香，
申请(专利权)人：日清纺控股株式会社，国立大学法人群马大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP