特許6047742IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

白金を含まない酸素還元触媒及び当該酸素還元触媒を担持してなる電極に関し、特に酸化グラフェンと鉄フタロシアニンとからなるナノ複合体を還元して得られる鉄フタロシアニン/グラフェンナノ複合体からなる酸素還元触媒、当該酸素還元触媒を担持してなる電極及びこれらの製造方法並びに当該電極を空気極として含む燃料電池

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明の目的は、安価且つ大量合成が可能な酸素還元触媒の製造方法を提供すること、及び白金酸素還元触媒と同等の性能を有する白金フリーの酸素還元触媒を提供することにある。 また、本発明の目的は、安価かつ大量合成が可能な酸素還元触媒を担持してなる電極、特に燃料電池の空気極及びその製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究した結果、グラファイトから得た酸化グラフェンと鉄フタロシアニンとを用いる大気圧且つ室温での溶液プロセスにより、白金酸素還元触媒と同等の性能を有する、グラフェン上に鉄フタロシアニンが担持されてなる酸素還元触媒を合成できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【発明の効果】
本発明の酸素還元触媒は、白金触媒よりも優れた性能を示し、酸化グラフェン(GO)と鉄フタロシアニン(FePc)から、溶液プロセスを用いてナノ複合体を形成し、これを還元することにより容易に製造できるため、安価に大量生産できる。 また、本発明の酸素還元触媒を担持させてなる電極は、白金触媒担持電極よりも高い酸素還元反応触媒活性を示し、良好な耐アルカリ性を示すので、燃料電池の空気極として有用である。

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】図1は、本発明のグラフェン酸素還元触媒の調製方法の概略フローチャートである。

【図2】図2は、実施例の酸化グラフェン分散液と鉄フタロシアニン分散液から鉄フタロシアニン/酸化グラフェン複合体の合成を行った際の観察写真である。

【図3】図3は、実施例の沈降分の高分解能透過電子顕微鏡(TEM)観察写真である。

【図4】図4は、実施例の沈降分の還元前後のEDX、XPS及びRamanスペクトルである。

【図5】図5は、実施例で得られた鉄フタロシアニン/グラフェンナノ複合体を酸素還元触媒とする電極(PcFe-rGOナノハイブリッド)と、従来の白金を酸素還元触媒とする電極(20wt%Pt/C)とのサイクリックボルタメトリー測定結果である。

【図6】図6は、実施例で得られた鉄フタロシアニン/グラフェンナノ複合体を酸素還元触媒として担持してなる電極(PcFe-rGOナノハイブリッド)、及び従来の酸素還元触媒3種を担持してなる電極(白金酸素還元触媒:20wt%Pt/C、非特許文献2に記載のCo3O4/N-doped rGO、非特許文献3に記載のB,N-doped rGO)の電流−電位曲線である。

【図7】図7は、グラッシーカーボンを電極基材として、各種酸素還元触媒を担持させた電極の電流−電位曲線である。

【図8】図8は、マンガンフタロシアニン/グラフェンナノ複合体(PcMn-rGOナノハイブリッド)及びコバルトフタロシアニン/グラフェンナノ複合体(PcCo-rGOナノハイブリッド)を酸素還元触媒として担持してなる電極、本発明の鉄フタロシアニン/グラフェンナノ複合体を酸素還元触媒として担持してなる電極(PcFe-rGOナノハイブリッド)、並びに従来の白金を酸素還元触媒として担持してなる電極(20wt%Pt/C)の電流−電位曲線である。

【図9】図9は、還元条件を変えて調製した電極の電流−電位曲線である。

【図10】図10は、還元電位依存性を示す電流−電位曲線である。

【図11】図11は、鉄フタロシアニン分散液と酸化グラフェン分散液との混合比率依存性を示す電流−電位曲線である。

【図12】図12は、実施例6の耐久性試験の結果を示すグラフである。

【図13】従来の3種の酸素還元触媒を担持した電極の電流−電位曲線である。

選択図 図1出願人が指定した本件の代表的な図

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