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公開番号2025172594
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-26
出願番号2024078190
出願日2024-05-13
発明の名称酸素還元反応触媒、酸素還元用電極、及び電池
出願人学校法人神奈川大学,日本碍子株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類B01J 23/68 20060101AFI20251118BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】マンガン酸化物ベースの安価な構成でありながら、優れた酸素還元反応(ORR)触媒活性を示す触媒を提供する。
【解決手段】マンガン酸化物と、マンガン酸化物の表面に担持される、直径1～50nmの銀ナノ粒子とを含む、酸素還元反応触媒。
【選択図】図1A

特許請求の範囲【請求項１】
マンガン酸化物と、
前記マンガン酸化物の表面に担持される、直径１～５０ｎｍの銀ナノ粒子と、
を含む、酸素還元反応触媒。
続きを表示（約 390 文字）【請求項２】
前記マンガン酸化物におけるＭｎの平均価数が、２．０５～３．０の範囲内である、請求項１に記載の酸素還元反応触媒。
【請求項３】
前記マンガン酸化物が、Ｍｎ
２
Ｏ
３
、Ｍｎ
３
Ｏ
４
、又はそれらの混合物である、請求項１又は２に記載の酸素還元反応触媒。
【請求項４】
前記マンガン酸化物が、直径５～１００ｎｍの粒子状である、請求項１又は２に記載の酸素還元反応触媒。
【請求項５】
前記銀ナノ粒子が、金属Ａｇの形態で存在する、請求項１又は２に記載の酸素還元反応触媒。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の酸素還元反応触媒を含む、酸素還元用電極。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の酸素還元反応触媒を含む、電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、酸素還元反応触媒、酸素還元用電極、及び電池に関するものである。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
マンガン酸化物は、高価な貴金属元素や貴金属／カーボン担体等の酸素還元反応（ＯＲＲ）触媒に対する安価な代替品として、種々の検討が行われている。このマンガン酸化物は、例えば金属空気二次電池での正極（空気極）材料として使用され、放電時に生じる酸素還元反応（ＯＲＲ）用の触媒として使用される。この反応は、活性化エネルギーが大きく、それ故、金属空気二次電池の過電圧増加要因となっている。そのため、デバイス開発の上で、触媒性能の向上が望まれている。
【０００３】
非特許文献１（Yuanyuan Ma et al., Journal of Power Sources 280 (2015) 526-532）には、原料のＫＭｎＯ
４
とＭｎＳＯ
４
の比を変化させて水熱処理を行うことにより、ヒダ状（ｔｒｅｍｅｌｌａ－ｌｉｋｅ）のδ－ＭｎＯ
２
（Ｔ－ＭｎＯ
２
）、ヒダ状及び短い帯状（ｓｈｏｒｔｂｅｌｔ－ｌｉｋｅ）が混合したα－ＭｎＯ
２
（Ｍ－ＭｎＯ
２
）、長い帯状（ｌｏｎｇｂｅｌｔ－ｌｉｋｅ）のα－ＭｎＯ
２
（Ｂ－ＭｎＯ
２
）を調製したこと、及び得られた３つの形態のうちＢ－ＭｎＯ
２
がアルカリ媒体中で最も高い酸素還元反応（ＯＲＲ）活性を示したことが報告されている。
【０００４】
ところで、放電用触媒層と充電用触媒層を別々に備えた金属空気二次電池が提案されている。例えば、特許文献１（ＷＯ２０２２／２０９０１０）には、水酸化物イオン伝導セパレータと、水酸化物イオン伝導セパレータの両面を覆う１対の空気極触媒層と、１対の触媒層の外側に設けられる１対のガス拡散電極とを備えた、金属空気二次電池用の空気極／セパレータ接合体であって、１対の触媒層の一方が放電用触媒層であり、かつ、１対の触媒層の他方が充電用触媒層であるものが開示されている。この文献には、放電用触媒として、（ｉ）ニッケル、（ｉｉ）パラジウム、白金等の白金族元素、（ｉｉｉ）コバルト、マンガン、鉄等の遷移金属を含むペロブスカイト酸化物、（ｉｖ）ルテニウム、パラジウム等の貴金属酸化物、（ｖ）酸化マンガン等が例示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
ＷＯ２０２２／２０９０１０
【非特許文献】
【０００６】
Yuanyuan Ma et al., "Control of MnO2 nanocrystal shape from tremella to nanobelt for ehancement of the oxygen reduction reaction activity", Journal of Power Sources 280 (2015) 526-532
【発明の概要】
【０００７】
安価で高い酸素還元反応（ＯＲＲ）触媒活性を示す触媒が求められている。しかし、充分な性能を示すものが無いのが現状である。そこで、マンガン酸化物ベースの安価な構成でありながら、優れたＯＲＲ触媒活性を示す触媒が望まれる。
【０００８】
本発明者らは、今般、マンガン酸化物の表面に直径１～５０ｎｍの銀ナノ粒子を担持させることで、優れたＯＲＲ触媒活性を示す触媒を提供できることを見出した。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、マンガン酸化物ベースの安価な構成でありながら、優れた酸素還元反応（ＯＲＲ）触媒活性を示す触媒を提供することにある。
【００１０】
本開示によれば、以下の態様が提供される。
［態様１］
マンガン酸化物と、
前記マンガン酸化物の表面に担持される、直径１～５０ｎｍの銀ナノ粒子と、
を含む、酸素還元反応触媒。
［態様２］
前記マンガン酸化物におけるＭｎの平均価数が、２．０５～３．０の範囲内である、態様１に記載の酸素還元反応触媒。
［態様３］
前記マンガン酸化物が、Ｍｎ
２
Ｏ
３
、Ｍｎ
３
Ｏ
４
、又はそれらの混合物である、態様１又は２に記載の酸素還元反応触媒。
［態様４］
前記マンガン酸化物が、直径５～１００ｎｍの粒子状である、態様１～３のいずれか一つに記載の酸素還元反応触媒。
［態様５］
前記銀ナノ粒子が、金属Ａｇの形態で存在する、態様１～４のいずれか一つに記載の酸素還元反応触媒。
［態様６］
態様１～５のいずれか一つに記載の酸素還元反応触媒を含む、酸素還元用電極。
［態様７］
態様１～５のいずれか一つに記載の酸素還元反応触媒を含む、電池。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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