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公開番号2025039297
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-21
出願番号2023146287
出願日2023-09-08
発明の名称導電性金属酸化物粒子及び電気化学反応用触媒粒子
出願人株式会社キャタラー,国立大学法人広島大学
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01B 5/00 20060101AFI20250313BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】長期間使用に伴う酸化劣化が抑制されており、かつ、出力の高い燃料電池を与える、電極触媒の担体、及びこれを用いる電極触媒を提供すること。
【解決手段】電極触媒の担体は、比表面積が35m²/g以上であり、かつ孔径20nm以上100nm以下の細孔の細孔容積が0.25mL/g以上である、導電性金属酸化物粒子であり、電極触媒は、前記導電性金属酸化物粒子上に触媒貴金属粒子が担持されている、電気化学反応用触媒粒子である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
比表面積が３５ｍ
２
／ｇ以上であり、かつ孔径２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の細孔の細孔容積が０．２５ｍＬ／ｇ以上である、導電性金属酸化物粒子。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
一次粒子径が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である、請求項１に記載の導電性金属酸化物粒子。
【請求項３】
結晶子径が１０．０ｎｍ以上１５．０ｎｍ以下である、請求項１に記載の導電性金属酸化物粒子。
【請求項４】
水銀ポロシメータによって測定したマクロ孔のモード直径が１５ｎｍ以上である、請求項１に記載の導電性金属酸化物粒子。
【請求項５】
二次粒子径が０．０５μｍ以上５．０μｍ以下である、請求項１に記載の導電性金属酸化物粒子。
【請求項６】
前記導電性金属酸化物粒子が、ニオブ、タンタル、タングステン、アンチモン、及びビスマスから選択される１種又は２種以上の元素がドープされている酸化スズの粒子である、請求項１に記載の導電性金属酸化物粒子。
【請求項７】
前記導電性金属酸化物粒子が、ニオブがドープされている酸化スズの粒子である、請求項６に記載の導電性金属酸化物粒子。
【請求項８】
請求項１～７のいずれか一項に記載の導電性金属酸化物粒子上に、触媒貴金属粒子が担持されている、電気化学反応用触媒粒子。
【請求項９】
前記触媒貴金属粒子が白金粒子である、請求項８に記載の電気化学反応用触媒粒子。
【請求項１０】
燃料電池の電極触媒である、請求項８に記載の電気化学反応用触媒粒子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性金属酸化物粒子、及びこれを用いる電気化学反応用触媒粒子に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
大気汚染防止、温室効果ガスの発生抑制、石油代替エネルギーの要請等に応えるため、燃料電池の研究開発が進められている。燃料電池は、クリーンであり、エネルギー密度が高く、充電が不要である、等の利点がある。
【０００３】
燃料電池は、例えば、イオン交換膜を介してアノード及びカソードが対向配置された構造を有し、アノード側に燃料（例えば水素）を供給し、カソード側に酸化剤（例えば空気）を供給すると、両極でそれぞれ所定の電気化学反応が起こり、発電が行われる。
【０００４】
燃料電池には、例えば、導電性担体の表面に触媒貴金属粒子が担持された構造の電極触媒が使用されている。導電性担体としては、導電性に優れるカーボンブラックが使用され、触媒貴金属粒子としては、触媒活性に優れる白金（Ｐｔ）が使用されることが多い。
【０００５】
しかし、カーボンブラック担体を含む電極触媒を用いている燃料電池を長期間使用すると、カーボンブラックの酸化劣化に起因して、担持している触媒貴金属粒子が脱落し、或いは凝集して、発電性能が低下するとの問題がある。この問題を解決しようとして、従来技術ではいくつかの試みが提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、ニオブ（Ｎｂ）をドープした酸化スズ（ＳｎＯ
２
）のナノ粒子を、電極触媒用担体として用いることが開示されている。特許文献２には、５～１００ｎｍサイズの金属酸化物の一次粒子が融着結合して、連鎖状又は房状のストラクチャ構造を有している、電極触媒用担体が開示されている。特許文献３には、１０～３０ｎｍサイズの結晶子が鎖状に融着結合した鎖状部と、空隙とを備える、金属酸化物微粒子の集合体を、電極触媒用担体として用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
国際公開第２０１５／１４６４５４号
国際公開第２０１５／１４６４５４号
国際公開第２０２０／０８０４００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１～３の技術によると、燃料電池の長期間使用に伴う電極触媒の担体の酸化劣化は抑制されるが、燃料電池の出力が不十分であるとの問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、長期間使用に伴う酸化劣化が抑制されており、かつ、出力の高い燃料電池を与える、電極触媒の担体、及びこれを用いる電極触媒を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の概要は、以下のとおりである。
（【００１１】以降は省略されています）

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