电极材料及其用途制造技术

本发明专利技术提供导电性高且具有较高的氧还原活性的电极材料。另外，还提供使用这种电极材料的电极材料组合物和燃料电池。本发明专利技术为一种电极材料，其具有在氮氧化钛或氮氧化钛与钛氧化物复合化而成的化合物上负载有贵金属和/或其氧化物的结构，该氮氧化钛或氮氧化钛与钛氧化物复合化而成的化合物为粉状，该电极材料在其孔径分布中满足下述(I)和(II)。(I)由Log微分孔容分布算出的孔径0～180nm间的峰面积a与孔径50～180nm间的峰面积b的比(b/a)为0.9以上。(II)50～180nm的累积孔容为0.1cm

Electrode material and its application

The invention provides an electrode material with high conductivity and high oxygen reduction activity. In addition, an electrode material composition and a fuel cell using the electrode material are also provided. The invention is an electrode material, which has the structure of loading precious metal and / or its oxide on the compound formed by compounding titanium oxide or titanium oxide and titanium oxide, the compound formed by compounding titanium oxide or titanium oxide and titanium oxide is powder, and the electrode material satisfies the following (I) and (II) in its pore size distribution. (I) the ratio of peak area a between 0-180nm and peak area B between 50-180nm calculated by log differential pore volume distribution (B / a) is more than 0.9. (II) the cumulative pore volume of 50-180nm is 0.1cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极材料及其用途
本专利技术涉及电极材料及其用途。更具体而言，涉及电极材料、使用其的电极材料组合物和燃料电池。
技术介绍
燃料电池为使氢气、醇等燃料与氧气发生电化学反应而产生电力的装置，根据电解质、工作温度等被分为固体高分子型(PEFC)、磷酸型(PAFC)、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。例如，固体高分子型燃料电池被用于定置型电源、燃料电池车用途，要求长期维持所希望的发电性能。固体高分子型燃料电池为使用具有离子传导性的高分子膜(离子交换膜)作为电解质的燃料电池，作为电极材料，通常使用在碳载体上负载有铂的材料(Pt/C)。但是，在将这种固体高分子型燃料电池用于例如汽车用途时，起动停止等引起的大的负荷变动会导致进行碳的氧化反应(C+2H2O→CO2+4H++4e-)。例如阴极的电位为0.9V以上时，碳的氧化反应容易进行，在该情况下，由于碳上的铂发生聚集、脱落，因此电池性能显著下降。为此，近年来，提出了使用钛等替代碳的催化剂(例如，参见专利文献1、专利文献2)。另外，还提出了使用单晶Ti4O7的技术(参见非专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010-40480号公报专利文献2：WO2011/065471号公报非专利文献非专利文献1：J.R.SMITH及另外2人，“ElectrodesbasedonMagneliphasetitaniumoxides:thepropertiesandapplicationsofEbonex(R)materials”，J.APPL.ELECTROCHEM，1998年10月，第28卷，第10号，p.1021-1033
技术实现思路
专利技术要解决的问题如上所述，作为电极材料，通常使用在碳载体上负载有铂的材料(Pt/C)，但是以高电位使用时等，碳的氧化反应的进行所导致的腐蚀成为技术问题。然而，现状是迄今为止没有发现可替代的电极材料。例如，由于专利文献1所述的钛化合物、非专利文献1所述的单晶Ti4O7具有高导电性，因此有可能可以替代碳。但是，为了用作在其上负载有铂等贵金属的电极材料，在向电极流通反应气体的条件下，需要具有针对发电所需的催化反应的高活性。例如当用于阴极时，在氧气流通条件下，需要针对氧气还原反应(O2+4H++4e-→2H2O)的高活性。因此，需要具有高导电性和反应气体能够尽量扩散的孔容。但是，专利文献1、后述比较例1中所示的钛化合物虽然具有较大的孔容，但活性不充分。另外，Ti4O7通常通过将作为原料的氧化钛在高温下还原(脱氧)来合成。因此，对于以往作为Ti4O7单一相制作的物质而言，颗粒聚集，从而无法得到充分的孔容。本专利技术鉴于上述现状，其目的在于，提供导电性高且具有较高的氧气还原活性的电极材料。另外，本专利技术的目的还在于提供使用这种电极材料的电极材料组合物和燃料电池。用于解决问题的方案本专利技术人等在对于可替代现有的在碳载体上负载有铂的材料(Pt/C)的电极材料进行深入研究的过程中发现，若将粉状氮氧化钛或氮氧化钛与钛氧化物复合化而成的化合物用作载体，制成具有在所述载体上负载有贵金属和/或其氧化物的结构、且具有规定的细孔特性的电极材料时，具有高导电性，氧气还原活性也很优异。由于该电极材料还示出高导电性，因此可以替代现有的电极材料(Pt/C)。于是，想到可以解决上述问题，从而完成了本专利技术。即，本专利技术为一种电极材料，该电极材料具有在氮氧化钛或氮氧化钛与钛氧化物复合化而成的化合物上负载有贵金属和/或其氧化物的结构，该氮氧化钛或氮氧化钛与钛氧化物复合化而成的化合物为粉状，该电极材料在其孔径分布中满足下述(I)和(II)。(I)由Log微分孔容分布算出的孔径50～180nm间的峰面积b与孔径0～180nm间的峰面积a的比(b/a)为0.9以上。(II)50～180nm的累积孔容为0.1cm3/g以上。上述贵金属优选为选自由铂、钌、铱、铑和钯组成的组中的至少一种金属。上述贵金属优选为铂。上述电极材料优选为固体高分子型燃料电池的电极材料。另外，本专利技术也为一种包含上述电极材料的电极材料组合物。进而，本专利技术也为一种燃料电池，其具备由上述电极材料或电极材料组合物构成的电极。而且，本专利技术也为一种电极材料的制造方法，其包括：工序(1)，将包含比表面积为20m2/g以上的金红石型氧化钛的原料在氨气氛下焙烧；和工序(2)，使用该工序(1)中得到的产物以及贵金属和/或其水溶性化合物负载贵金属和/或其氧化物。上述工序(1)还包括在还原气氛下进行焙烧的步骤。专利技术的效果本专利技术的电极材料为导电性高且具有较高的氧气还原活性的电极材料。因此，作为固体高分子型燃料电池等燃料电池、太阳能电池、晶体管、液晶等显示装置等的电极材料是极其有用的。其中，尤其对于固体高分子型燃料电池而言是有用的。附图说明图1为实施例1～5中得到的粉末的累积孔容分布。横轴表示孔径(dp，单位：nm)，纵轴表示累积孔容(SigmaVp，单位：cm3/g)(图3也与此相同)。图2为实施例1～5中得到的粉末的Log微分孔容分布。横轴表示孔径(dp，单位：nm)，纵轴表示Log微分孔容(图4也与此相同)。图3为比较例1～3中得到的粉末的累积孔容分布。图4为比较例1～3中得到的粉末的Log微分孔容分布。图5-1为实施例1中得到的粉末的X射线衍射图案。图5-2为实施例1中得到的粉末的TEM照片。图6-1为实施例2中得到的粉末的X射线衍射图案。图6-2为实施例2中得到的粉末的TEM照片。图7-1为实施例3中得到的粉末的X射线衍射图案。图7-2为实施例3中得到的粉末的TEM照片。图8-1为实施例4中得到的粉末的X射线衍射图案。图8-2为实施例4中得到的粉末的TEM照片。图9-1为实施例5中得到的粉末的X射线衍射图案。图9-2为实施例5中得到的粉末的TEM照片。图10-1为比较例1中得到的粉末的X射线衍射图案。图10-2为比较例1中得到的粉末的TEM照片。图11-1为比较例2中得到的粉末的X射线衍射图案。图11-2为比较例2中得到的粉末的TEM照片。图12-1为比较例3中得到的粉末的X射线衍射图案。图12-2为比较例3中得到的粉末的TEM照片。图13为用于判定晶相的XRD数据解析说明图。具体实施方式以下对于本专利技术的优选方式进行具体说明，但是本专利技术不仅限于以下记载的方式，在不变更本专利技术主旨的范围内可以适当变更而应用。1、电极材料本专利技术的电极材料具有在粉状(也称为粉末)氮氧化钛或氮氧化钛与钛氧化物复合化而成的化合物上负载有贵金属和/或其氧化物的结构。氮氧化钛与钛氧化物复合化而成的化合物是氮氧化钛与钛氧化物成为混合相状态的化合物。换言之，其为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极材料，其特征在于，该电极材料具有在氮氧化钛或氮氧化钛与钛氧化物复合化而成的化合物上负载有贵金属和/或其氧化物的结构，/n该氮氧化钛或氮氧化钛与钛氧化物复合化而成的化合物为粉状，/n该电极材料在其孔径分布中满足下述(I)和(II)，/n(I)由Log微分孔容分布算出的孔径50～180nm间的峰面积b与孔径0～180nm间的峰面积a的比(b/a)为0.9以上，/n(II)50～180nm的累积孔容为0.1cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170329 JP 2017-0659561.一种电极材料，其特征在于，该电极材料具有在氮氧化钛或氮氧化钛与钛氧化物复合化而成的化合物上负载有贵金属和/或其氧化物的结构，
该氮氧化钛或氮氧化钛与钛氧化物复合化而成的化合物为粉状，
该电极材料在其孔径分布中满足下述(I)和(II)，
(I)由Log微分孔容分布算出的孔径50～180nm间的峰面积b与孔径0～180nm间的峰面积a的比(b/a)为0.9以上，
(II)50～180nm的累积孔容为0.1cm3/g以上。


2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述贵金属为选自由铂、钌、铱、铑和钯组成的组中的至少一种金属。


3.根据权利要求1或2所述的电极材料，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：矢野诚一，堤裕司，岸美保，植村启宏，太田麻友，
申请(专利权)人：堺化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP