电化学氧还原催化剂制造技术

一种电化学氧还原催化剂包括：含铂纳米颗粒和选自由三聚氰胺化合物、硫氰尿酸化合物和包含三聚氰胺化合物或硫氰尿酸化合物作为单体的聚合物组成的组中的至少一种，并且具有高的氧还原活性(低的过电压)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学氧还原催化剂
本专利技术涉及电化学氧还原催化剂。
技术介绍
聚合物电解质燃料电池(PEFC)由于其紧凑的尺寸和高的效率以及从全球环境问题的角度来看，预计在不久的将来将会普及。PEFC中使用的聚合物电解质通常是高酸性的阳离子交换膜；因此，电极催化剂必须在高酸性条件下稳定地起作用。因此，在实际使用中，铂或含铂合金是目前唯一可行的电极催化剂。在PEFC的空气电极(阴极)中发生的电极反应是氧还原反应。即使当铂用作电极催化剂时，电化学氧还原反应(即放电期间的空气电极反应)中的过电压也很高。空气电极处的损耗是功率降低的主要因素。作为降低这种高的过电压的方法，已知使铂合金化的方法和使用含铂的芯壳纳米颗粒的方法(例如，参照专利文献1)。但是，即使采用这些方法，活性仍然不足，需要增大铂的量。因此，需要另一种降低过电压的方法。金属空气电池是将锌、铁、铝等金属用作阳极，将空气电极用作阴极的电池。这些电池可以利用空气中的氧作为阴极侧的活性材料；其电容量仅由其阳极容量决定，从而实现了高能量密度。在金属空气电池中，在空气电极(阴极)侧的反应已知是在放电期间的氧还原反应以及在充电期间的氧生成反应。因此，与PEFC等中一样，在金属空气电池中也使用以氧为活性物质的空气电极。因此，需要开发对氧还原反应具有高活性的催化剂。现有技术文献专利文献专利文献1：JP2011-092940A
技术实现思路
技术问题鉴于上述问题而完成本专利技术，并且本专利技术的目的是提供一种具有高的氧还原活性(低的过电压)的电化学氧还原催化剂。问题的解决方案鉴于上述问题，本专利技术的专利技术人进行了广泛的研究。结果，他们发现，当包含含铂纳米颗粒和选自由三聚氰胺化合物、硫氰尿酸化合物和包含三聚氰胺化合物或硫氰尿酸化合物作为单体的聚合物组成的群组中的至少一种时，可以解决上述问题。基于上述发现，通过进一步的研究完成了本专利技术。具体地，本专利技术包括以下内容。项目1.一种电化学氧还原催化剂，其包含含铂的纳米粒子和选自由三聚氰胺化合物、硫氰尿酸化合物和含有所述三聚氰胺化合物或所述硫氰尿酸化合物作为单体的聚合物组成的群组中至少一种。项目2.根据项目1所述的电化学氧还原催化剂，其中，选自由三聚氰胺化合物、硫氰尿酸化合物和含有所述三聚氰胺化合物或所述硫氰尿酸化合物作为单体的聚合物组成的群组中的所述至少一种负载在所述含铂的纳米粒子上。项目3.根据项目1或2所述的电化学氧还原催化剂，其中，所述三聚氰胺化合物和所述硫氰尿酸化合物由式(1)表示：[化学式1]其中Y是相同的或不同的，并且表示氮或硫；R1至R3是相同的或不同的，并且表示氢、羟基、卤素原子、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、或者取代或未取代的芳基；n1为1或2，条件是：当与R1结合的Y为硫时，n1为1；并且当n1为2时，两个R1是相同的或不同的；n2为1或2，条件是：当与R2结合的Y为硫时，n2为1；并且当n2为2时，两个R2是相同的或不同的；n3为1或2，条件是：当与R3结合的Y为硫时，n3为1；并且当n3为2时，两个R3是相同的或不同的；并且n1、n2和n3是相同的或不同的。项目4.根据项目1至3中任一项所述的电化学氧还原催化剂，其中，包含所述三聚氰胺化合物或所述硫氰尿酸化合物作为单体的所述聚合物是包含式(2)表示的重复单元的聚合物：[化学式2]其中Y是相同的或不同的，并且表示氮或硫；R4至R8是相同的或不同的，并且表示二价基团；R9至R11是相同的或不同的，并且表示氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、或者取代或未取代的芳基；m1为1或2，条件是：当与R6结合的Y为硫时，m1为1；并且当m1为2时，两个R6是相同的或不同的，两个R10是相同的或不同的；m2和m3是相同的或不同的，表示0或1，条件是：当与R7或R8结合的Y为硫，m2和m3为0；并且OR9至OR11被部分或完全消除，并且交联至由R4至R8表示的所述二价基团以形成三维网格结构。项目5.根据项目4所述的电化学氧还原催化剂，其中，在式(2)中，R4至R8中的每一个为取代或未取代的亚烷基、取代或未取代的亚烯基、或取代或未取代的亚芳基。项目6.根据项目1至5中任一项所述的电化学氧还原催化剂，所述电化学氧还原催化剂负载在导电性载体上。项目7.根据项目6所述的电化学氧还原催化剂，其中，所述导电性载体是碳质材料。项目8.根据项目1至7中任一项所述的电化学氧还原催化剂，所述电化学氧还原催化剂为用于燃料电池的阴极催化剂。项目9.一种用于燃料电池或金属-空气电池的空气电极，其使用根据项目1至8中任一项所述的电化学氧还原催化剂。项目10.一种燃料电池，其使用根据项目9所述的空气电极作为阴极。项目11.一种金属-空气电池，其使用根据项目9所述的空气电极作为阴极。专利技术的有益效果根据本专利技术，可以提供具有高的氧还原活性(低的过电压)的电化学氧还原催化剂。特别地，使用包含三聚氰胺化合物或硫氰尿酸化合物作为单体的聚合物可以抑制由于重复的电势循环而导致的氧还原活性的提高效果上的降低。附图说明图1是示出实施例1的结果的线性扫描伏安图(通过三聚氰胺吸附增大氧还原活性的效果)。图2是示出实施例2的结果的线性扫描伏安图(通过三聚氰胺树脂吸附而增大氧还原活性和氧还原活性的耐久性的效果)。图3是示出比较例1的结果的线性扫描伏安图(通过1,3,5-三嗪吸附而增大氧还原活性的效果)。图4是示出实施例3的结果的线性扫描伏安图(通过二氨基二乙氨基-1,3,5-三嗪吸附而增大氧还原活性的效果)。图5是示出比较例2的结果的线性扫描伏安图(通过含三聚氰胺的聚烯烃树脂吸附而增大氧还原活性的效果)。图6是示出实施例4的结果的线性扫描伏安图(通过硫氰尿酸吸附而增大氧还原活性的效果)。图7是示出实施例5的结果的线性扫描伏安图(通过2,4-二氨基-6-丁基氨基-1,3,5-三嗪吸附而增大氧还原活性的效果)。图8是示出实施例6的结果的线性扫描伏安图(通过2,4,6-三(二甲基氨基)-1,3,5-三嗪吸附而增大氧还原活性的效果)。具体实施方式在本说明书中，“含有”和“包括”包括“包括”、“基本上由......组成”和“由......组成”中的所有概念。在本说明书中，由A至B定义的数值范围表示指示A以上且B以下。1.电化学氧还原催化剂本专利技术的电化学氧还原催化剂是用于电化学还原氧的催化剂，并包括含铂纳米颗粒和选自由三聚氰胺化合物、硫氰尿酸化合物和包含三聚氰胺化合物或硫氰尿酸化合物作为单体的聚合物组成的组中的至少一种。更具体地，从氧还原活性的观点出发，优选选自由三聚氰胺化合物、硫氰尿酸化合物和包含三聚氰胺化合物或硫氰尿酸化合物作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学氧还原催化剂，其包含含铂的纳米粒子和选自由三聚氰胺化合物、硫氰尿酸化合物和含有所述三聚氰胺化合物或所述硫氰尿酸化合物作为单体的聚合物组成的群组中至少一种。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180515 JP 2018-0941381.一种电化学氧还原催化剂，其包含含铂的纳米粒子和选自由三聚氰胺化合物、硫氰尿酸化合物和含有所述三聚氰胺化合物或所述硫氰尿酸化合物作为单体的聚合物组成的群组中至少一种。


2.根据权利要求1所述的电化学氧还原催化剂，其中，选自由三聚氰胺化合物、硫氰尿酸化合物和含有所述三聚氰胺化合物或所述硫氰尿酸化合物作为单体的聚合物组成的群组中的所述至少一种负载在所述含铂的纳米粒子上。


3.根据权利要求1或2所述的电化学氧还原催化剂，其中，所述三聚氰胺化合物和所述硫氰尿酸化合物由式(1)表示：
[化学式1]



其中
Y是相同的或不同的，并且表示氮或硫；
R1至R3是相同的或不同的，并且表示氢、羟基、卤素原子、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烯基、或者取代或未取代的芳基；
n1为1或2，条件是：当与R1结合的Y为硫时，n1为1；并且当n1为2时，两个R1是相同的或不同的；
n2为1或2，条件是：当与R2结合的Y为硫时，n2为1；并且当n2为2时，两个R2是相同的或不同的；
n3为1或2，条件是：当与R3结合的Y为硫时，n3为1；并且当n3为2时，两个R3是相同的或不同的；并且
n1、n2和n3是相同的或不同的。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的电化学氧还原催化剂，其中，含有所述三聚氰胺化合物或所述硫氰尿酸化合物作为单体的所述聚合物为含有式(2)表示的重复单元的聚合物：
[化学式2]

【专利技术属性】
技术研发人员：朝日将史，
申请(专利权)人：国立研究开发法人产业技术综合研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP