对适用于通过高分子电解质相经由亲水区域围绕催化剂周围所构成的结构(PFF结构)的反应层的催化剂进行改良，从而减少其催化剂金属颗粒的使用量。作为在载体上载置催化剂金属颗粒而成的燃料电池用催化剂的制造方法，包括准备在载体上载置催化剂金属颗粒而成的原料催化剂的步骤，和在原料催化剂中，利用从硝酸基、氨基、磺酸基、羟基以及卤基中选择的至少一种的修饰基对催化剂金属颗粒进行修饰的步骤。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
燃料电池的结构为在固体电解质膜上层状堆积反应层，作为燃料电池反应场所的空气极侧的反应层的特性极大地左右了燃料电池的性能。本专利技术者提出了用作上述空气极侧反应层的PFF结构(注册商标以下相同)的反应膜(专利文献I)。这里所谓PFF结构，指的是高分子电解质的侧链的亲水性官能基呈朝向催化剂侧的结构，以在催化剂上形成亲水区域。此时的催化剂是在由碳颗粒等形成的载体上载置催化剂金属颗粒而成的物体。作为介绍与本专利技术有关的技术的文献，可以参照专利文献2和非专利文献I。日本专利特开2006-140061号公报日本专利特开平7-134995号公报 “Carbon” P199 (Kim Kinoshita ；John Wiley&Sonsl988)
技术实现思路
这种催化剂金属颗粒采用了钼等昂贵的贵金属的微小颗粒。为了降低燃料电池的·制造成本、普及燃料电池，降低催化剂金属颗粒的使用量是一个重要的课题。本专利技术的目的在于对适用于PFF结构的反应层的催化剂进行改良，并减少催化剂金属颗粒的使用量。为了解决上述问题，作为本专利技术人员努力研究的结果，利用亲水基对催化剂金属颗粒的表面进行修饰，可以稳定PFF结构，提高反应层的特性，从而实现了本专利技术。S卩，本专利技术的第I局面规定如下。一种催化剂的制造方法，其特征在于，作为在载体上载置催化剂金属颗粒而成的燃料电池用催化剂的制造方法，包括准备在载体上载置催化剂金属颗粒而成的原料催化剂的步骤，和在上述原料催化剂中，利用从硝酸基、氨基、磺酸基、羟基以及卤基中选择的至少一种的修饰基对上述催化剂金属颗粒进行修饰的步骤。根据这种规定的第I局面的催化剂的制造方法，由于催化剂金属颗粒被规定的亲水基所修饰，提高了催化剂金属颗粒的周围的亲水性，从而在催化剂与高分子电解质相之间可靠地形成亲水区域。希望亲水基的修饰基是从硝酸基、氨基和磺酸基中选择的至少一种(本专利技术的第2局面)。因为这可以提高水性区域的稳定性。希望通过将与催化剂金属颗粒相同或同种的金属或贵金属的络合物且包含该修饰基的物质与催化剂金属颗粒进行结合，从而利用修饰基对催化剂金属颗粒的表面进行修饰(本专利技术的第3局面)。这是因为修饰过程简单，同时修饰基量容易控制。从获取络合物的难易程度的观点来看，希望催化剂金属颗粒和络合物金属为钼(本专利技术的第4局面)。附图说明图I是表示本专利技术的实施形态的燃料电池 结构的截面图。 图2是表示PFF结构的模式图。图3是表示电解质溶液中的电解质形态的模式图，图3(A)为水分过多的情况，图3(B)为水分适当的情况。图4是表示与图3(A)对应的反应层结构的模式图。图5 (A)表示预备浆料和电解质溶液的搅拌时间与粘度的关系，图5⑶表示同一情况的搅拌时间与反应层电阻的关系。图6是表示本专利技术的实施形态的催化剂浆料的制造装置的模块图。图7是表示PFF结构的反应层的形成方法的流程图。图8是表示具有第I实施例的反应层的燃料电池的特性的曲线。图9是表不反应层截面的照片，图9(1)表不第I实施例的反应层的截面，图9(2)表示第2实施例的反应层的截面。图10是表示具有第2实施例的反应层的燃料电池的特性的曲线。图11是第3实施例的催化剂的XPS能谱。图12是表示具有第3实施例的反应层的燃料电池的特性的曲线。图13是表示具有第4实施例的反应层的燃料电池的特性的曲线。图14是表示对于催化剂进行亲水基修饰的干式方法的图。符号说明I燃料电池，2固体电解质膜，10氢极，11反应层，16扩散层，20空气极，C催化剂，Cl载体，C2催化剂金属颗粒，E电解质层，El主链，E2侧链，W亲水区域实施方式图I表示本专利技术的实施形态的燃料电池I。该燃料电池I中，利用氢极10和空气极20，夹持固体电解质膜2。固体电解质膜2中，可以采用质子导电性的高分子材料，例如Nafion(杜邦公司商标名，以下类同)等的氟系聚合物。氢极10具有反应层11和扩散层16，顺次在固体电解质膜2上堆积。反应层11为在碳粒子等的导电性载体上载置钼等催化剂金属颗粒，并利用电解质涂敷而成。扩散层16由碳纸、碳布、碳毡等具有导电性和气体扩散性能的材料构成。作为反应层11的载体，也可以采用氧化锡或氧化钛。只要能够容许质子的迁移，可以选择任意的电解质，但从耐久性等观点来看，希望选择 Nafion。在扩散层16上涂敷构成反应层11的催化剂和电解质的浆料，然后进行干燥，从而在扩散层16上堆积反应层11。该堆积体与固体电解质膜2贴合在一起。空气极20具有反应层21和扩散层26。这些反应层21和扩散层26的基本结构和制造方法与氢极10的情况相同。但是，燃料电池反应只在空气极20的反应层21中进行，该反应层21左右了燃料电池I的特性。本专利技术者提出，采用PFF结构作为该反应层。这里，所谓PFF(本申请人的注册商标)结构，指的是高分子电解质的侧链的亲水性官能基朝向催化剂侧，以便在催化剂上形成亲水区域。例如，作为高分子电解质，在通用的全氟磺酸(Nafion等；杜邦公司注册商标)中，在疏水性的主链El上结合有作为侧链E2的亲水性官能基的磺基(S03_)，如图2所示，通过使该亲水性官能基朝向催化剂C侧，在催化剂C与电解质层E之间形成连续的亲水区域W。在聚集起来的催化剂C中，各催化剂颗粒表面的该亲水区域W相互连通。在PFF结构的亲 水区域W中，质子(H+)和水(H2O)能够顺利地迁移，其结果，促进了燃料电池的电化学反应。还有，由于通过PFF结构使得水集中到催化剂C的周围，即使水很少，也能使其大部分有效地用于电化学反应，从而在低加湿状态也能够防止燃料电池的发电能力出现低落。另一方面，连续的亲水区域W起着过剩水的排水通路的作用，因此即使在高加湿状态下也能到防止水淹现象。上述中的催化剂C为在具有导电性的载体Cl上载置催化剂金属颗粒C2而成。载体Cl要求具有导电性和通气性，可以采用多孔质的碳黑粒子，但也可以采用氧化锡、氧化钛等。催化剂金属颗粒C2由提供燃料电池反应的活性点的金属微粒构成，可以采用钼、钴、钌等贵金属和该贵金属的合金。作为在载体Cl上载置催化剂金属颗粒C2的方法，根据二者的材质和催化剂的用途，可以从浸泡法、胶体法以及析出沉淀法等众所周知的方法中进行选择。(催化剂的处理)通常由催化剂制造商提供催化剂。希望根据燃料电池要求的特性，对该催化剂进行物理以及/或者化学的处理。(催化剂的物理处理)作为催化剂的物理处理，有粉碎处理和脱泡处理。粉碎处理一般来说，在催化剂中，其载体相互之间发生凝聚形成2次粒子、3次粒子。此时为了提高催化剂的表面积，希望对凝聚体进行粉碎，实现微粉末化。所以，希望进行湿式粉碎，使催化剂的凝聚体分散在媒介中。通过采用湿式粉碎，与干式粉碎相比，能够对催化剂的凝聚体施加更高的能量，实现更细的粉碎。还有，与干式粉碎相比，能够有效地防止催化剂的再结合。作为湿式粉碎的方法，可以采用均质机、湿式喷射粉碎机、球磨机或研磨机。通过采用湿式粉碎，还可以去除附着在催化剂载体上的杂质。通常采用水作为媒介，但根据杂质的特性，也可以采用其它媒介(有机溶剂等)。也可以先采用水作为媒介进行湿式粉碎，然后利用有机溶剂等去除催化剂的杂质。在对湿式粉碎后的催化剂进行干燥时，希望利用升华来去除媒介。这样可以防止催化剂出现再本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：山本泰三，
申请(专利权)人：株式会社爱考斯研究，
类型：
国别省市：
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