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公開番号2025159406
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-21
出願番号2024061900
出願日2024-04-08
発明の名称電気化学的酸素還元触媒
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人平木国際特許事務所
主分類H01M 4/90 20060101AFI20251014BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明は、高電流密度領域での電圧低下を抑制する電気化学的酸素還元触媒を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、金属粒子と、前記金属粒子を修飾する修飾剤とを含む電気化学的酸素還元触媒であって、前記修飾剤は有機窒素化合物であり、前記有機窒素化合物は、トリアジン環と、共有結合を介して前記トリアジン環に結合したフッ素とを含み、前記有機窒素化合物は、フッ素含有量が29g/eq以下である、電気化学的酸素還元触媒に関する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
金属粒子と、前記金属粒子を修飾する修飾剤とを含む電気化学的酸素還元触媒であって、前記修飾剤は有機窒素化合物であり、前記有機窒素化合物は、トリアジン環と、共有結合を介して前記トリアジン環に結合したフッ素とを含み、前記有機窒素化合物は、フッ素含有量が２９ｇ／ｅｑ以下である、電気化学的酸素還元触媒。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記修飾剤が、一般式（１）で表される化合物、又は該化合物をモノマーとするポリマーである、請求項１に記載の電気化学的酸素還元触媒。
TIFF
2025159406000005.tif
51
92
（式中、Ｒ
１
、Ｒ
２
及びＲ
３
は、それぞれ、水素原子、ハロゲン原子、ニトリル基、アミド基、イミン基、アミノ基、チオール基、ヒドロキシル基、スルホ基、カルボン酸基、リン酸基、ケトン基、アルデヒド基、エステル基、アルコキシ基、フェノール基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、炭素数１～１０のアルキルアミノ基、炭素数１～１０のアルキルスルホン酸基、炭素数１～１０のパーフルオロアルキル基、炭素数１～１０のアルキル基、炭素数２～１０のアルケニルアミノ基、炭素数２～１０のアルケニルスルホン酸基、炭素数２～１０のパーフルオロアルケニル基及び炭素数２～１０のアルケニル基からなる官能基群より選ばれる１種の官能基であり、当該官能基は、それぞれ分子鎖に、前記官能基群より選ばれる少なくとも１種の官能基、芳香環、ヘテロ環、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子からなる群より選ばれる少なくとも１種を有していてもよく、但し、Ｒ
１
、Ｒ
２
及びＲ
３
の少なくとも１つは、炭素数１～１０のパーフルオロアルキル基又は炭素数２～１０のパーフルオロアルケニル基である。）
【請求項３】
前記一般式（１）において、Ｒ
１
、Ｒ
２
及びＲ
３
がいずれも、炭素数２～１０のパーフルオロアルキル基又は炭素数２～１０のパーフルオロアルケニル基である、請求項２に記載の電気化学的酸素還元触媒。
【請求項４】
前記金属粒子が、白金粒子、白金合金粒子及び白金を含む複合粒子からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１～３のいずれか１項に記載の電気化学的酸素還元触媒。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は電気化学的酸素還元触媒に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
電気化学的酸素還元触媒は、燃料電池や金属空気電池等において広く用いられている。電気化学的酸素還元触媒としては、メラミン化合物で白金表面を修飾した触媒が知られている（特許文献１、２）。また、特許文献３には、白金系触媒と、その白金系触媒に修飾された塩とを備えた触媒組成物であって、前記塩は、特定の１，３，５－トリアジン誘導体カチオンと、パーフルオロアルキルスルホニルイミドアニオンとからなる触媒組成物が開示されている。
【０００３】
しかし、メラミン化合物が親水性であるため、メラミン化合物を修飾剤として用いた触媒を使用する際には、生成した水が触媒層内に滞留する。このため、反応物である酸素の輸送が阻害され、高電流密度領域での電圧が低下してしまう。また、特許文献３に開示されるような塩を用いた触媒においても、高電流密度領域での電圧低下の抑制について改善の余地があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０１９／２２１１５６号
国際公開第２０２１／０９０７４６号
特開２０２３－１２１０１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記の通り、従来の電気化学的酸素還元触媒には、該触媒を用いた際の高電流密度領域での電圧低下の抑制について改善の余地があった。それ故、本発明は、高電流密度領域での電圧低下を抑制する電気化学的酸素還元触媒を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、修飾剤として、特定量のフッ素をトリアジン環の側鎖に導入した化合物を用いることにより、電気化学的酸素還元触媒を用いた際に、高電流密度領域での電圧低下が抑制されることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１）金属粒子と、前記金属粒子を修飾する修飾剤とを含む電気化学的酸素還元触媒であって、前記修飾剤は有機窒素化合物であり、前記有機窒素化合物は、トリアジン環と、共有結合を介して前記トリアジン環に結合したフッ素とを含み、前記有機窒素化合物は、フッ素含有量が２９ｇ／ｅｑ以下である、電気化学的酸素還元触媒。
（２）前記修飾剤が、一般式（１）で表される化合物、又は該化合物をモノマーとするポリマーである、前記（１）に記載の電気化学的酸素還元触媒。
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2025159406000002.tif
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94
（式中、Ｒ
１
、Ｒ
２
及びＲ
３
は、それぞれ、水素原子、ハロゲン原子、ニトリル基、アミド基、イミン基、アミノ基、チオール基、ヒドロキシル基、スルホ基、カルボン酸基、リン酸基、ケトン基、アルデヒド基、エステル基、アルコキシ基、フェノール基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、炭素数１～１０のアルキルアミノ基、炭素数１～１０のアルキルスルホン酸基、炭素数１～１０のパーフルオロアルキル基、炭素数１～１０のアルキル基、炭素数２～１０のアルケニルアミノ基、炭素数２～１０のアルケニルスルホン酸基、炭素数２～１０のパーフルオロアルケニル基及び炭素数２～１０のアルケニル基からなる官能基群より選ばれる１種の官能基であり、当該官能基は、それぞれ分子鎖に、前記官能基群より選ばれる少なくとも１種の官能基、芳香環、ヘテロ環、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子からなる群より選ばれる少なくとも１種を有していてもよく、但し、Ｒ
１
、Ｒ
２
及びＲ
３
の少なくとも１つは、炭素数１～１０のパーフルオロアルキル基又は炭素数２～１０のパーフルオロアルケニル基である。）
（３）前記一般式（１）において、Ｒ
１
、Ｒ
２
及びＲ
３
がいずれも、炭素数２～１０のパーフルオロアルキル基又は炭素数２～１０のパーフルオロアルケニル基である、前記（２）に記載の電気化学的酸素還元触媒。
（４）前記金属粒子が、白金粒子、白金合金粒子及び白金を含む複合粒子からなる群より選ばれる少なくとも１種である、前記（１）～（３）のいずれかに記載の電気化学的酸素還元触媒。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、高電流密度領域での電圧低下を抑制する電気化学的酸素還元触媒を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例１、２及び比較例１、２について、３．２Ａｃｍ
－２
における耐久試験後のセル電圧を示すグラフである。
実施例１、２及び比較例１、２について、３．２Ａｃｍ
－２
における耐久試験後の電圧維持率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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