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公開番号2025164000
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-30
出願番号2024067701
出願日2024-04-18
発明の名称酸素還元触媒
出願人兵庫県公立大学法人
代理人弁理士法人前田特許事務所
主分類H01M 4/86 20060101AFI20251023BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高い触媒活性及び耐久性を示す酸素還元触媒を実現できるようにする。
【解決手段】酸化還元触媒は、酸化スズ系結晶粒子111の集合体である基材110と、基材110の上に担持された白金粒子120とを備えている。基材110は、(走査)透過電子顕微鏡の明視野像から求めた1辺の長さが2nm以上の平坦な結晶面を有し、X線回折法により求めた結晶子サイズが3nm以上、20nm以下の酸化スズ系結晶粒子111を含み、基材110の上に担持された白金粒子120の少なくとも一部は、(走査)透過電子顕微鏡の暗視野像において3個以上が線状に連結した連結構造体125を形成している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
酸化スズ系結晶粒子の集合体である基材と、
前記基材の上に担持された白金粒子とを備え、
前記基材は、（走査）透過電子顕微鏡の明視野像から求めた１辺の長さが２ｎｍ以上の平坦な結晶面を有し、Ｘ線回折法により求めた結晶子サイズが３ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の酸化スズ系結晶粒子を含み、
前記基材の上に担持された前記白金粒子の少なくとも一部は、（走査）透過電子顕微鏡の暗視野像において３個以上が線状に連結した連結構造体を形成している、酸素還元触媒。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記酸化スズ系結晶粒子は、（走査）透過電子顕微鏡の明視野像から求めた結晶粒子径が４ｎｍ以上である、請求項１に記載の酸素還元触媒。
【請求項３】
前記連結構造体の少なくとも一部は、２次元網目構造を形成している、請求項１に記載の酸素還元触媒。
【請求項４】
前記酸化スズ系結晶粒子は、アンチモン、ニオブ及びタンタルから選ばれる１種以上の不純物元素（ドーピング元素）を含有する、請求項１に記載の酸素還元触媒。
【請求項５】
請求項１～４のいずれか１項に記載の酸素還元触媒を備えている、燃料電池の電極。
【請求項６】
酸化スズ系結晶粒子の集合体である基材を形成する工程と、
前記基材の集合体に白金粒子を担持させる工程とを備え、
前記基材を形成する工程は、
フッ化スズを含む原料水溶液にオゾンにより酸化して酸化スズを含む水溶液を得るサブステップと、得られた酸化スズを含む水溶液を水熱処理して酸化スズ系結晶粒子を含む水溶液を得るサブステップとを含む、酸素還元触媒の製造方法。
【請求項７】
前記原料水溶液は、アンチモン、ニオブ及びタンタルから選ばれる１種以上の不純物元素（ドーピング元素）を含有する、請求項６に記載の酸素還元触媒の製造方法。
【請求項８】
前記基材は、（走査）透過電子顕微鏡の明視野像から求めた１辺の長さが２ｎｍ以上の平坦な結晶面を有し、Ｘ線回折法により求めた結晶子サイズが３ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の酸化スズ系結晶粒子を含み、
前記白金粒子の少なくとも一部は、前記基材の上で（走査）透過電子顕微鏡の暗視野像において３個以上が線状に連結した連結構造体を形成する、請求項６又は７に記載の酸素還元触媒の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、酸素還元触媒及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,000 文字）【背景技術】
【０００２】
水素と酸素を電気化学的に反応させて電力を得る燃料電池には、酸素還元触媒が用いられる。酸素還元触媒として、導電性炭素からなる基材の表面に、白金等の触媒粒子を担持させたものが用いられている。しかし、繰り返し運転を行うと、基材である炭素が酸化され腐食して触媒が脱落したり、触媒粒子が凝集して有効な触媒面積が低下したりして性能が低下する。このため、劣化を見越して過剰量の触媒粒子を基材に担持させている。
【０００３】
高価な触媒粒子の使用量を低減するために、導電性炭素に代わる基材が検討されている。炭素に代わる基材として、酸化スズが注目されている（例えば、特許文献１を参照。）。酸化スズ等の金属酸化物は、高い電位においても安定であり、耐久性の向上が期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－１５８４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の酸化スズを基材とする酸素還元触媒は、触媒活性が低いという問題がある。
【０００６】
本開示の課題は、酸化スズを基材とする酸素還元触媒における触媒活性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の酸素還元触媒の一態様は、酸化スズ系結晶粒子の集合体である基材と、基材の上に担持された白金粒子とを備え、基材は、（走査）透過電子顕微鏡の明視野像から求めた１辺の長さが２ｎｍ以上の平坦な結晶面を有し、Ｘ線回折法により求めた結晶子サイズが３ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の酸化スズ系結晶粒子を含み、基材の上に担持された白金粒子の少なくとも一部は、（走査）透過電子顕微鏡の暗視野像において３個以上が線状に連結した連結構造体を形成している。
【０００８】
なお、本開示で記載の「（走査）透過電子顕微鏡」は、「透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）又は走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）」のことを意味する。
【０００９】
酸素還元触媒の一態様において、酸化スズ系結晶粒子は、（走査）透過電子顕微鏡の明視野像から求めた結晶粒子径が４ｎｍ以上とすることができる。
【００１０】
酸素還元触媒の一態様において、連結構造体の少なくとも一部は、メッシュ構造を形成しているようにできる。
（【００１１】以降は省略されています）

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