催化剂的制造方法、催化剂、组合物的制造方法、组合物、电极、电极的制造方法、燃料电池、金属空气电池技术

本发明专利技术提供：氧还原催化能力优异、且制成燃料电池和金属空气电池的电极时的耐久性优异的催化剂；氧还原催化能力优异、且制成燃料电池和金属空气电池的电极时的耐久性优异的催化剂的制造方法。所述催化剂的制造方法包括：工序(a)，使金属络合物溶解于溶剂中而制备溶液；工序(b)，使导电性粉体分散于上述溶液中而制备分散液；和工序(c)，从上述分散液中去除上述溶剂，使上述金属络合物吸附于上述导电性粉体的表面上而形成复合体，将上述复合体作为催化剂。催化剂。催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】催化剂的制造方法、催化剂、组合物的制造方法、组合物、电极、电极的制造方法、燃料电池、金属空气电池


[0001]本专利技术涉及催化剂的制造方法、催化剂、组合物的制造方法、组合物、电极、电极的制造方法、燃料电池、金属空气电池。

技术介绍

[0002]利用氧化还原反应的燃料电池、金属空气电池(以下有时简称为“燃料电池等”)是已知的。在燃料电池中，可使用担载铂的碳材料作为促进氧的还原反应的催化剂。担载铂的碳材料的促进氧的还原反应的功能(氧还原催化能力)优异。
[0003]另一方面，在金属空气电池中，可使用担载二氧化锰的碳材料作为上述催化剂。
[0004]然而，由于铂昂贵且资源量受限，因此正在尝试开发担载铂的碳材料的代替材料。例如，可使用过渡金属络合物作为代替铂的催化剂。作为代表例，专利文献1中记载了使用有铁酞菁(Fe
‑
Pc)的空气电极用催化剂。在专利文献1的实施例1中公开了如下空气电极用催化剂的制造方法：制备对铁酞菁和2
‑
丙醇进行球磨机处理而得到的Fe
‑
Pc分散液，将在Fe
‑
Pc分散液中混合导电助剂、助催化剂、粘合剂等而得到的浆料干燥固化，制造空气电极合剂。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：日本特开2016
‑
85925号公报

技术实现思路

[0008]专利技术要解决的课题
[0009]铁酞菁在2
‑
丙醇中的溶解度低。因此，在专利文献1记载的方法中，铁酞菁不溶解于2
‑
丙醇而成为在2
‑
丙醇中分散有铁酞菁的分散液，在分散液中存在铁酞菁的晶体。这里，在燃料电池等的氧还原催化剂的领域中，一直以来认为结晶状态的铁酞菁的存在有助于提高制成电极时的氧还原催化能力和耐久性。此外，在使用金属络合物分散液的现有技术中，通过提高结晶状态的金属络合物的浓度来提高催化剂的氧还原催化能力和耐久性的技术思想是普遍的。
[0010]然而，在专利文献1记载的方法中，由于在分散液中存在铁酞菁的晶体，因此碳等导电助剂的基于铁酞菁进行的表面处理不充分。具体而言，铁酞菁没有在碳的表面进行分子吸附，无法充分得到铁酞菁与碳等的相互作用。因而，对于现有的氧还原催化剂而言，氧还原催化能力尚有改善的余地。
[0011]另外，要求燃料电池等的氧还原催化剂在制成电极时具有优异的耐久性。
[0012]本专利技术提供：氧还原催化能力优异、且制成燃料电池和金属空气电池的电极时的耐久性优异的催化剂；氧还原催化能力优异、且制成燃料电池和金属空气电池的电极时的耐久性优异的催化剂的制造方法。
[0013]用于解决课题的技术手段
[0014]本专利技术的专利技术人等进行了深入研究，结果发现，通过使用金属络合物的浓度相对较低的金属络合物的溶液代替金属络合物的分散液，能够提高催化剂的氧还原催化能力。
[0015]即，本专利技术包括下述实施方式。
[0016][1]一种催化剂的制造方法，其包括：
[0017]工序(a)，使金属络合物溶解于溶剂中而制备溶液；
[0018]工序(b)，使导电性粉体分散于上述溶液中而制备分散液；和
[0019]工序(c)，从上述分散液中去除上述溶剂，
[0020]使上述金属络合物吸附于上述导电性粉体的表面上而形成复合体，将上述复合体作为催化剂。
[0021][2]根据[1]所述的催化剂的制造方法，其中，上述溶液中的上述金属络合物的浓度为0.0001g/L～5g/L。
[0022][3]根据[1]或[2]所述的催化剂的制造方法，其中，在对上述复合体不实施200℃以上的热处理的情况下将其作为催化剂。
[0023][4]根据[1]～[3]中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，在上述溶剂的沸点以下的温度下进行上述工序(a)和上述工序(b)。
[0024][5]根据[1]～[4]中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，在80℃以下的温度下进行上述工序(a)和上述工序(b)。
[0025][6]根据[1]～[5]中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，在上述溶剂的沸点以下的温度下使上述金属络合物吸附于上述导电性粉体的表面上。
[0026][7]根据[1]～[6]中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，通过过滤上述分散液来去除上述溶剂。
[0027][8]根据[7]所述的催化剂的制造方法，其中，过滤后的滤液的吸光度与上述溶液相比降低10％以上。
[0028][9]根据[1]～[8]中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，上述金属络合物在上述溶剂中的溶解度为0.1g/L以上。
[0029][10]根据[1]～[9]中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，上述金属络合物为下述式(1)所示的金属络合物。
[0030][化学式1][0031][0032]式(1)中，X1～X8分别独立地为氢原子或卤原子，D1～D8分别独立地为氮原子或碳
原子，在上述碳原子上键合氢原子或卤原子，M为金属原子。
[0033][11]根据[1]～[10]中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，上述金属络合物为下述式(11)所示的金属络合物。
[0034][化学式2][0035][0036]式(11)中，X1～X8分别独立地为氢原子或卤原子，D1、D3、D5、D7分别独立地为氮原子或碳原子，D1、D3、D5和D7中的至少一者为碳原子，在上述碳原子上键合氢原子或卤原子，M为金属原子。
[0037][12]根据[1]～[11]中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，上述溶剂的溶解度参数为10(MPa)
1/2
～20(MPa)
1/2
。
[0038][13]根据[1]～[12]中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，上述溶剂为选自二甲基亚砜、N,N
‑
二甲基甲酰胺中的至少一者。
[0039][14]根据[1]～[13]中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，上述导电性粉体为选自碳材料、金属材料、金属氧化物材料中的至少一者。
[0040][15]一种催化剂，其是通过[1]～[14]中任一项所述的催化剂的制造方法得到的催化剂。
[0041][16]一种组合物的制造方法，其包括：
[0042]工序(a)，使金属络合物溶解于溶剂中而制备溶液；
[0043]工序(b)，使导电性粉体分散于上述溶液中而制备分散液；和
[0044]工序(c)，从上述分散液中去除上述溶剂，
[0045]使上述金属络合物吸附于上述导电性粉体的表面上而形成复合体，将上述复合体作为催化剂，
[0046]所述组合物的制造方法还包括：
[0047]工序(d)，将上述催化剂与液状介质混合。
[0048][17]一种组合物，其含有通过[1]～[14]中任一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种催化剂的制造方法，其包括：工序(a)，使金属络合物溶解于溶剂中而制备溶液；工序(b)，使导电性粉体分散于所述溶液中而制备分散液；和工序(c)，从所述分散液中去除所述溶剂，使所述金属络合物吸附于所述导电性粉体的表面上而形成复合体，将所述复合体作为催化剂。2.根据权利要求1所述的催化剂的制造方法，其中，所述溶液中的所述金属络合物的浓度为0.0001g/L～5g/L。3.根据权利要求1或2所述的催化剂的制造方法，其中，在对所述复合体不实施200℃以上的热处理的情况下将其作为催化剂。4.根据权利要求1～3中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，在所述溶剂的沸点以下的温度下进行所述工序(a)和所述工序(b)。5.根据权利要求1～4中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，在80℃以下的温度下进行所述工序(a)和所述工序(b)。6.根据权利要求1～5中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，在所述溶剂的沸点以下的温度下使所述金属络合物吸附于所述导电性粉体的表面上。7.根据权利要求1～6中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，通过过滤所述分散液来去除所述溶剂。8.根据权利要求7所述的催化剂的制造方法，其中，过滤后的滤液的吸光度与所述溶液相比降低10％以上。9.根据权利要求1～8中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，所述金属络合物在所述溶剂中的溶解度为0.1g/L以上。10.根据权利要求1～9中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，所述金属络合物为下述式(1)所示的金属络合物，式(1)中，X1～X8分别独立地为氢原子或卤原子，D1～D8分别独立地为氮原子或碳原子，在所述碳原子上键合氢原子或卤原子，M为金属原子。11.根据权利要求1～10中任一项所述的催化剂的制造方法，其中，所述金属络合物为下述式(11)所示的金属络合物，
式(11)中，X1～X8分别独立地为氢原子或卤原子，D1、D3、D5、D7分别独立地为氮原子或碳原子，D1、D3、D5和D7中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：薮浩，伊藤晃寿，阿部博弥，中村刚希，
申请(专利权)人：AZUL能源株式会社，
类型：发明
国别省市：