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公開番号2025082415
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-29
出願番号2023195715
出願日2023-11-17
発明の名称炭素触媒、電極及び電池
出願人国立大学法人群馬大学,日清紡ホールディングス株式会社
代理人弁理士法人はるか国際特許事務所
主分類H01M 4/96 20060101AFI20250522BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高い触媒活性と高い耐久性とを兼ね備えた炭素触媒、電極及び電池を提供する。
【解決手段】炭素触媒は、CuKα線を用いた粉末X線回折により得られるX線回折図における回折角(2θ)が43°付近の回折ピークから得られる結晶子サイズLaに対する、1600℃まで昇温可能な昇温脱離分析により得られる平均炭素網面サイズLの比であるL/La比が18以上であり、X線光電子分光法により得られる炭素原子濃度(原子%)に対するハロゲン原子濃度(原子%)の比が0.0005以上である。
【選択図】なし

特許請求の範囲【請求項１】
ＣｕＫα線を用いた粉末Ｘ線回折により得られるＸ線回折図における回折角（２θ）が４３°付近の回折ピークから得られる結晶子サイズＬａに対する、１６００℃まで昇温可能な昇温脱離分析により得られる平均炭素網面サイズＬの比であるＬ／Ｌａ比が１８以上であり、
Ｘ線光電子分光法により得られる炭素原子濃度（原子％）に対するハロゲン原子濃度（原子％）の比が０．０００５以上である、
炭素触媒。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記平均炭素網面サイズＬが５ｎｍ以上である、
請求項１に記載の炭素触媒。
【請求項３】
前記結晶子サイズＬａが１０．００ｎｍ以下である、
請求項１に記載の炭素触媒。
【請求項４】
窒素原子を含有する、
請求項１に記載の炭素触媒。
【請求項５】
Ｘ線光電子分光法により得られる炭素原子濃度（原子％）に対する窒素原子濃度(原子％)の比が０．０００５以上である、
請求項１に記載の炭素触媒。
【請求項６】
Ｘ線光電子分光法により得られるスペクトラムにおけるＮ１ｓスペクトルを次の４つの窒素原子ピーク：（１）３９８．５±０．３ｅＶの範囲にピークトップを有し半値全幅が１．４ｅＶであるピリジン型窒素原子ピーク；（２）４００．５±０．３ｅＶの範囲にピークトップを有し半値全幅が１．４ｅＶであるピロール・ピリドン型窒素原子ピーク；（３）４０１．５±０．３ｅＶの範囲にピークトップを有し半値全幅が１．４ｅＶであるクォータナリー型窒素原子ピーク；及び（４）４０２．５±０．３ｅＶの範囲にピークトップを有し半値全幅が２．０ｅＶである酸化型窒素原子ピーク：にピーク分離して得られる、前記４つの窒素原子ピークの面積の合計に対する、前記クォータナリー型窒素原子ピークの面積の割合が０．１％以上である、
請求項１に記載の炭素触媒。
【請求項７】
窒素吸着法により得られるＢＥＴ比表面積が５０ｍ
２
／ｇ以上である、
請求項１に記載の炭素触媒。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の炭素触媒を含む、
電極。
【請求項９】
請求項８に記載の電極を含む、
電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素触媒、電極及び電池に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、Ｘ線広角解析より求めた＜００２＞面間隔が３．４０～３．６０Åであり、ｃ軸方向の結晶子の大きさが１５～１５０Åであり、ａ軸方向の結晶子の大きさが２５～７５Åである結晶構造を有し、励起波長５３２ｎｍのレーザーラマン分光測定により求めたスペクトルにおいて、１３６０ｃｍ
－１
付近のピーク強度（ＩＤ）と１５８０ｃｍ
－１
付近のピーク強度（ＩＧ）との強度比（ＩＤ／ＩＧ）が０．２～２.０であり、ＩＣＰ発光分析法より得られるＴｉ含有量が０．１～３０重量％であることを特徴とする炭素質材料が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－１２３４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、従来、高い触媒活性と高い耐久性とを兼ね備えた炭素触媒を得ることは難しかった。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、高い触媒活性と高い耐久性とを兼ね備えた炭素触媒、電極及び電池を提供することをその目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る炭素触媒は、ＣｕＫα線を用いた粉末Ｘ線回折により得られるＸ線回折図における回折角（２θ）が４３°付近の回折ピークから得られる結晶子サイズＬａに対する、１６００℃まで昇温可能な昇温脱離分析により得られる平均炭素網面サイズＬの比であるＬ／Ｌａ比が１８以上であり、Ｘ線光電子分光法により得られる炭素原子濃度（原子％）に対するハロゲン原子濃度（原子％）の比が０．０００５以上である。本発明によれば、高い触媒活性と高い耐久性とを兼ね備えた炭素触媒が提供される。
【０００７】
［２］前記［１］の炭素触媒は、前記平均炭素網面サイズＬが５ｎｍ以上であることとしてもよい。［３］前記［１］又は［２］の炭素触媒は、前記結晶子サイズＬａが１０．００ｎｍ以下であることとしてもよい。
【０００８】
［４］前記［１］乃至［３］のいずれかの炭素触媒は、窒素原子を含有することとしてもよい。［５］前記［１］乃至［４］のいずれかの炭素触媒は、Ｘ線光電子分光法により得られる炭素原子濃度（原子％）に対する窒素原子濃度(原子％)の比が０．０００５以上であることとしてもよい。
【０００９】
［６］前記［１］乃至［５］のいずれかの炭素触媒は、Ｘ線光電子分光法により得られるスペクトラムにおけるＮ１ｓスペクトルを次の４つの窒素原子ピーク：（１）３９８．５±０．３ｅＶの範囲にピークトップを有し半値全幅が１．４ｅＶであるピリジン型窒素原子ピーク；（２）４００．５±０．３ｅＶの範囲にピークトップを有し半値全幅が１．４ｅＶであるピロール・ピリドン型窒素原子ピーク；（３）４０１．５±０．３ｅＶの範囲にピークトップを有し半値全幅が１．４ｅＶであるクォータナリー型窒素原子ピーク；及び（４）４０２．５±０．３ｅＶの範囲にピークトップを有し半値全幅が２．０ｅＶである酸化型窒素原子ピーク：にピーク分離して得られる、前記４つの窒素原子ピークの面積の合計に対する、前記クォータナリー型窒素原子ピークの面積の割合が０．１％以上であることとしてもよい。［７］前記［１］乃至［６］のいずれかの炭素触媒は、窒素吸着法により得られるＢＥＴ比表面積が５０ｍ
２
／ｇ以上であることとしてもよい。
【００１０】
［８］上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る電極は、前記［１］乃至［７］のいずれかの炭素触媒を含む。本発明によれば、高い触媒活性と高い耐久性とを兼ね備えた電極が提供される。
（【００１１】以降は省略されています）

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