[發明專利]微粒負載方法和微粒負載裝置

有效

• 申請號: 200810136124.7
• 申請日: 2008-07-10
• 公開（公告）號: CN101364647A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發明（設計）人: 山崎六月;中山浩平;中野義彥;梅武
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M8/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王健

技術領域

本發明涉及使粒徑1μm以下的粒子狀載體負載粒徑10nm以下的微粒的方法和負載裝置，更具體地講，涉及能夠在直接甲醇型燃料電池中利用的催化劑的制造和制造方法。

背景技術

鉑等貴金屬除了用于裝飾品以外也作為化學催化劑使用。例如汽車的排氣凈化裝置、固體高分子型燃料電池等，尤其是以甲醇溶液作為燃料的甲醇型固體高分子型燃料電池，由于能夠在低溫下工作并且小型輕質，近年以在便攜式設備等的電源中的應用為目的積極地進行研究。然而為了廣泛地普及則希望進一步提高性能。燃料電池是將由電極催化反應產生的化學能轉化成電力的電池，為了高性能化則高活性催化劑必不可少。

現在作為燃料電池的陽極催化劑，一般使用由鉑和釕組成的合金(以下記為鉑-釕)。然而，這種燃料電池，相對于電極催化反應理論電壓為1.21V，鉑-釕催化劑引起的電壓損失大、約為0.3V，為了減小這種損失，要求超過鉑-釕的高活性(甲醇氧化活性)的陽極催化劑。因此為了提高甲醇氧化活性，正在研究在鉑-釕中添加其它的元素。

對于以往的濺射法或蒸鍍法，一般在加工成片狀的碳(以下記為碳紙)上負載催化劑微粒。這種場合由于只是蒸鍍在碳紙的表面，因此負載數nm的催化劑微粒的場合，不能得到發電所需的負載量。另外，因蒸鍍條件的不同，也有時構成催化劑的合金不形成微粒而形成薄膜，這種場合存在催化劑的表面積變小、發電性能進一步降低的缺點。

另一方面，已知使催化劑金屬蒸鍍或濺射在載體微粒上而負載催化劑微粒(例如，參照專利文獻1)。

該方法中使用碳粒子作為載體的場合，邊攪拌碳粉邊進行濺射或蒸鍍，然而這種場合下，即使使用電子顯微鏡觀察也不能看到碳以外的物質。其理由與作為被蒸鍍物的碳微粒的表面狀態和所蒸鍍的原子形成金屬微粒的工藝有關。即采用真空工藝物理蒸鍍金屬的場合，利用熱或者動能使蒸鍍物成為原子狀而飛散，對被蒸鍍物進行撞擊。因此蒸鍍原子遷移(載體表面的自由移動)，在能量上穩定的位置固定后，粒子以此為核成長，成長粒子連接而成為多晶的膜。然而，粒徑1μm以下的碳微粒的場合，由于表面非常多地存在缺陷，因此所蒸鍍的原子能夠遷移的距離非常短，形成粒子成長所需的核的概率低。所以邊攪拌碳粉邊進行蒸鍍的場合，由于在形成核之前粉移動而蒸鍍物沒有飛來，因此只是呈原子狀附著在表面上，豈止不引起粒成長，甚至不引起核生成。為了作為催化劑起作用，雖然必須在碳粉的表面負載粒徑為2nm～10nm的微粒，但如果如上所述，金屬原子呈原子狀附著在載體表面，則不能夠期待發揮作為催化劑的功能。

專利文獻1：特開2005-264297公報

發明內容

發明要解決的課題

本發明是鑒于以上的實際情況而完成的研究，以提供獲得使碳等粒子狀母材的表面穩定地負載粒徑2nm～10nm的微粒元素而成的合金粒子的微粒負載方法和微粒負載裝置為課題。

用于解決課題的手段

為了實現上述的課題，本發明的微粒負載方法，是在減壓裝置內使粒子狀母材的表面負載比該粒子狀母材的粒徑小并且由2種以上元素組成的合金粒子的微粒負載方法；其特征在于，具有：采用化學析出法形成粒子狀母材的工序，和在減壓裝置內使粒子狀母材負載微粒元素后，使粒子狀母材與微粒元素合金化而形成合金粒子的工序。

另外，本發明的微粒的負載方法，優選粒子狀母材含有碳。此外，還優選粒子狀母材含有鉑、或由鉑與釕組成的合金。另外，微粒元素可以具有鎢、鉬、鈦、鉻、釩、鈮、鎳、硅中的至少一種元素。

本發明的微粒負載裝置，是在減壓裝置內使粒子狀母材的表面負載比該粒子狀母材的粒徑小并且由2種以上元素組成的合金粒子的微粒負載裝置，其特征在于，具備：收容粒子狀母材的第1容器、收容該第1容器并且能夠減壓的第2容器、具有使含有合金的元素蒸發的機構的第3容器、和在減壓下將第1容器從第2容器內移動到第3容器內的機構。

本發明采用化學析出法使昂貴的鉑或鉑-釕合金負載在碳上后，在減壓裝置內通過濺射附加提高催化活性的微量的元素。

發明效果

根據上述本發明的微粒負載方法和微粒負載裝置，能夠高效率地在粒子狀母材表面形成具有設定粒徑的合金粒子。

附圖說明

圖1為用于說明本發明的概念圖。

圖2為表示本發明中能夠使用的微粒負載裝置的一例的簡要截面圖。

圖3為表示本發明中能夠使用的微粒負載裝置的一例的簡要截面圖。

圖4為表示本發明中能夠使用的微粒負載裝置的一例的簡要截面圖。

圖5為本發明的實施例所涉及的膜-電極復合體的簡要截面圖。