[發明專利]核殼催化劑及核殼催化劑的制造方法

在審

• 申請號: 201480047601.6
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN105493325A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發明（設計）人: 難波良一
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M4/92
• 分類號: H01M4/92;B01J23/44;B01J35/02;B01J37/02
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威;蘇萌萌

技術領域

本發明涉及一種核殼催化劑及核殼催化劑的制造方法。

背景技術

燃料電池通過將燃料與氧化劑供給到被電連接在一起的兩個電極處，并 以電化學的方式使燃料發生氧化，從而將化學能直接轉換為電能。因此，由 于燃料電池不會受到卡諾循環的制約，因而顯示出較高的能量轉換效率。燃 料電池通常以對多個單電池進行層壓的方式而構成，其中，所述單電池以利 用一對電極而對電解質膜進行夾持的膜電極接合體(MEA)作為基本結構。

一直以來，作為用于燃料電池的電極催化劑，采用了催化劑活性較高的 鉑催化劑以及鉑合金催化劑。但是，存在鉑的價格較高且資源量也較少的問 題，從而正在尋求鉑量的減少。

另一方面，盡管使用了鉑的催化劑非常高價，但是催化劑反應僅在粒子 表面上發生，而粒子內部幾乎不參與催化劑反應。因此，在使用了鉑的催化 劑中，相對于材料成本而言的催化劑活性并不一定很高。

作為以解決上述課題為目的的技術，在不同種類的金屬粒子(核金屬) 上覆蓋鉑層(殼)而形成的鉑核殼催化劑、鉑粒子的細微化等受到矚目(例 如專利文獻1～4等)。在核殼粒子中，通過將比較廉價的材料用于核金屬材 料，從而能夠將幾乎不參與催化劑反應的粒子內部的成本抑制得較低。

例如在專利文獻1中公開了將包含鈀的粒子作為核并通過包含鉑的殼來 進行覆蓋的核殼催化劑。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利第7,691,780號說明書

專利文獻2：日本特開2012-041581號公報

專利文獻3：日本特開2011-072981號公報

專利文獻4：日本特開2005-515063號公報

發明內容

發明所要解決的課題

在專利文獻1中記載了核殼催化劑的粒徑、殼的層數。然而，本發明人 經研究發現，實際上在構成燃料電池的單電池時，用于顯現較高的電池性能 的核殼催化劑僅通過專利文獻1中所記載的上述指標而無法被充分地特定。

本發明為鑒于上述實際情況而被完成的發明，其提供一種能夠達成燃料 電池的單電池的高性能化的核殼催化劑以及該核殼催化劑的制造方法。

用于解決課題的方法

本發明的核殼催化劑為具備包含鈀的核、和包含鉑且對所述核進行覆蓋 的殼的核殼催化劑，

所述核殼催化劑的特征在于，

在個數基準的粒徑頻度分布中，平均粒徑為4.70nm以下，標準偏差為 2.00nm以下，且粒徑在5.00nm以下的頻度為55％以上。

根據本發明，能夠使燃料電池單電池的發電性能提升。

本發明的核殼催化劑優選為，所述頻度為71％以上。

此外，本發明的核殼催化劑優選為，所述平均粒徑為4.40nm以下。

此外，本發明的核殼催化劑優選為，所述標準偏差為1.60nm以下。

根據本發明，還能夠提供一種所述殼的平均厚度為0.20～0.35nm的核殼 催化劑。

本發明的核殼催化劑的制造方法為上述本發明的核殼催化劑的制造方 法，

所述核殼催化劑的制造方法的特征在于，

在如下的含鈀粒子的表面上析出含鉑殼，所述含鈀粒子為，在個數基準 的粒徑頻度分布中，平均粒徑為4.40nm以下、標準偏差為2.00nm以下、并 且粒徑在5.00nm以下的頻度為65％以上的含鈀粒子。

根據本發明的核殼催化劑的制造方法，能夠制造出所述含鉑殼的平均厚 度為0.20～0.35nm的核殼催化劑。

發明效果

根據本發明的核殼催化劑，能夠實現燃料電池的單電池的高性能化。

附圖說明

圖1為表示核殼催化劑的粒徑與通過TEM-EDSE而測量出的Pt/Pd比 (atom比)之間的關系的圖。

圖2為大粒徑的含Pd粒子(含Pd核)變得不易被殼(含Pt殼)所覆蓋 的機制的映像圖。(假設機制)

圖3為實施例1中所使用的Pd粒子與實施例1的核殼催化劑的粒徑分布 的圖。

圖4為表示實施例1～7、比較例1～3的電流密度與單電池電壓之間的 關系的圖。