JP5205434B2 - Cathode catalyst layer, membrane electrode assembly, and fuel cell - Google Patents
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Description
本発明の実施態様は、触媒、触媒組成物、カソード触媒層、膜電極接合体、および燃料電池に関する。 Embodiments of the present invention relate to a catalyst, a catalyst composition, a cathode catalyst layer, a membrane electrode assembly, and a fuel cell.
触媒は、導電性担持体に白金(Pt)等の触媒金属を担持したもの、金属酸化物あるいは金属化合物を使用したものが使用されており、この触媒と高分子電解質を含有したものを燃料電池用の触媒層等、各種用途に利用されている。 As the catalyst, a conductive carrier carrying a catalyst metal such as platinum (Pt), a metal oxide or a metal compound is used, and a fuel cell containing this catalyst and a polymer electrolyte is used. It is used for various applications such as a catalyst layer.
例えば、燃料電池は、燃料(例えば、水素)と酸化剤(たとえば、酸素)とを電気化学的に反応させることにより発電させるシステムである。この反応による生成物は原理的に水であることから環境への負荷が少ない。その中でも、固体高分子型燃料電池は、他の燃料電池と比較して低温で作動可能であることから、家庭用など定置向け電源として開発、実用化されている。 For example, a fuel cell is a system that generates power by electrochemically reacting a fuel (for example, hydrogen) and an oxidant (for example, oxygen). Since the product of this reaction is water in principle, there is little load on the environment. Among them, the polymer electrolyte fuel cell is developed and put to practical use as a stationary power source for home use because it can operate at a lower temperature than other fuel cells.
このような固体高分子型燃料電池は、水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜、およびその膜を挟んで2つの電極、すなわち、水素が供給される燃料極(アノード)と酸素が供給される空気極(カソード)が配置されたものを基本構成とした膜電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)と呼んでいる。 Such a polymer electrolyte fuel cell is supplied with a polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity, and two electrodes sandwiching the membrane, that is, a fuel electrode (anode) to which hydrogen is supplied and oxygen. It is called a membrane electrode assembly (MEA) having a basic configuration in which an air electrode (cathode) is arranged.
本発明が解決しようとする課題は、酸性雰囲気下で化学的安定性に優れ、触媒活性も高い非白金触媒を含む触媒、触媒組成物、カソード触媒層、膜電極接合体、および燃料電池を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a catalyst, a catalyst composition, a cathode catalyst layer, a membrane electrode assembly, and a fuel cell containing a non-platinum catalyst having excellent chemical stability and high catalytic activity in an acidic atmosphere. It is to be.
本発明の実施形態のカソード触媒層は、触媒組成物と、高分子電解質とを含有することを特徴とする。
この触媒組成物は、触媒と、導電性材料とを含有することを特徴とする。
この触媒は、希土類元素から選択される少なくとも一種からなる元素Lと、ボロン(B)、リン(P)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)およびイオウ(S)よりなる群から選択される少なくとも一種からなる元素Xとを含有する希土類オキソ酸塩担体と、前記希土類オキソ酸塩担体の表面に担持され、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)およびニッケル(Ni)よりなる群から選択される少なくとも一種からなる元素Mを含有する酸化物粒子とを含有する複合体であることを特徴とする。
Cathode catalyst layer embodiment of the present invention includes a catalytic composition, characterized by containing a polymer electrolyte.
This catalyst composition contains a catalyst and a conductive material.
The catalyst includes at least one element L selected from rare earth elements and at least selected from the group consisting of boron (B), phosphorus (P), molybdenum (Mo), tungsten (W), and sulfur (S). A rare earth oxoacid salt carrier containing one element X, and a group consisting of manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni) supported on the surface of the rare earth oxoacid salt carrier It is a composite containing the oxide particle containing the element M which consists of at least 1 type selected from these.
また、本発明の実施形態の膜電極接合体は、本発明のカソード触媒層を用いたことを特徴とする。 Moreover, the membrane electrode assembly of the embodiment of the present invention is characterized by using the cathode catalyst layer of the present invention.
また、本発明の実施形態の燃料電池は、本発明の膜電極接合体を用いたことを特徴とする。 The fuel cell according to the embodiment of the present invention is characterized by using the membrane electrode assembly of the present invention.
以下、図面を用いて実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
例えば、燃料電池は、水素(燃料)と酸素とを電気化学的に反応させることにより発電させるシステムである。この反応による生成物は原理的に水であることから環境への負荷が少ない。固体高分子型燃料電池は、他の燃料電池と比較して低温で作動可能であることから、家庭用など定置向け電源として開発、実用化されている。
(First embodiment)
For example, a fuel cell is a system that generates electricity by electrochemically reacting hydrogen (fuel) and oxygen. Since the product of this reaction is water in principle, there is little load on the environment. Solid polymer fuel cells have been developed and put to practical use as stationary power sources for home use because they can operate at lower temperatures than other fuel cells.
固体高分子型燃料電池は、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜、及びその膜を挟んで2つの電極、すなわち、水素が供給されるアノードと酸素が供給されるカソードが配置されたものを基本構成としたMEAを有している。電極は、電気化学反応を促進させる触媒、電子伝導性材料、およびイオン伝導性を有する固体高分子電解質との混合物により形成された多孔質層であり、触媒層と呼ばれている。 A polymer electrolyte fuel cell has a polymer electrolyte membrane having hydrogen ion conductivity, and two electrodes sandwiching the membrane, that is, an anode to which hydrogen is supplied and a cathode to which oxygen is supplied It has MEA with the basic configuration. The electrode is a porous layer formed by a mixture of a catalyst for promoting an electrochemical reaction, an electron conductive material, and a solid polymer electrolyte having ion conductivity, and is called a catalyst layer.
MEAでは、下記化学式に示すように、アノードでは燃料である水素を酸化して水素イオンと電子が生成する。水素イオンは固体高分子電解質膜を通過してカソードに移動し、電子は外部回路を経由してカソードに移動する。カソードでは酸化剤ガスに含まれる酸素が水素イオンと電子とで還元され、水が生成する。固体高分子型燃料電池は、電気化学反応により得られた反応エネルギーから電気エネルギーを直接得るものである。 In MEA, as shown in the following chemical formula, hydrogen, which is a fuel, is oxidized at the anode to generate hydrogen ions and electrons. Hydrogen ions pass through the solid polymer electrolyte membrane and move to the cathode, and electrons move to the cathode via an external circuit. At the cathode, oxygen contained in the oxidant gas is reduced by hydrogen ions and electrons to generate water. A polymer electrolyte fuel cell directly obtains electric energy from reaction energy obtained by an electrochemical reaction.
アノード反応(燃料極):H2→2H++2e−
カソード反応(空気極):2H++2e−+1/2O2→H2O
このような固体高分子形燃料電池は、低温発電が可能であるため耐高温用断熱材などを使わなくても良いメリットがあるものの、高い触媒機能を有する白金(Pt)を使用した白金触媒なければならないデメリットがある。
Anode reaction (fuel electrode): H 2 → 2H + + 2e −
Cathode reaction (air electrode): 2H + + 2e − + 1 / 2O 2 → H 2 O
Such a polymer electrolyte fuel cell has the merit that it is not necessary to use a high-temperature heat-insulating material because it can generate low-temperature power, but it must be a platinum catalyst using platinum (Pt) having a high catalytic function. There is a demerit that must be done.
白金触媒は高価であるため、燃料電池の普及にとって大きな課題である。また一般に、Ptは化学的に安定であると思われているが、カソード触媒として用いられたPtは、強酸性電解質中などの酸性酸化雰囲気でイオンとなって溶解する。その結果、長期に安定した発電が困難となる。触媒からの金属の溶出を少なくするには、触媒層に使用される強酸性電解質の量を減らす必要がある。しかし、使用量を減らすとプロトン伝導性が低下し、高い出力を得ることができないという課題がある。 Since platinum catalysts are expensive, they are a major challenge for the spread of fuel cells. In general, Pt is considered to be chemically stable, but Pt used as a cathode catalyst dissolves as ions in an acidic oxidizing atmosphere such as in a strongly acidic electrolyte. As a result, long-term stable power generation becomes difficult. In order to reduce metal elution from the catalyst, it is necessary to reduce the amount of strongly acidic electrolyte used in the catalyst layer. However, when the amount used is reduced, there is a problem that proton conductivity is lowered and high output cannot be obtained.
一方、低コスト化のため白金触媒量を少なくすると電池寿命そのものがさらに短くなるという課題がある。燃料電池のコストダウン・寿命の増大を図るためには、Ptに代わる高い酸素還元特性と安定性を有する非白金触媒の開発が必要不可欠である。 On the other hand, if the amount of platinum catalyst is reduced for cost reduction, there is a problem that the battery life itself is further shortened. In order to reduce the cost and increase the life of a fuel cell, it is essential to develop a non-platinum catalyst having high oxygen reduction characteristics and stability in place of Pt.
非白金触媒には、特にカソードにおいては、強酸性電解質中などの酸性雰囲気下で化学的な安定性に優れ、かつ、高い酸素還元活性が求められる。しかしながら、従来においては、一般的な金属酸化物および金属化合物では強酸性雰囲気において溶出するなど化学的安定性に欠ける問題があり、また活性が満足ではないために、PtおよびPt合金以外でカソード触媒として有効なものが見つかっていないのが現状である。 Non-platinum catalysts are required to have excellent chemical stability and high oxygen reduction activity in an acidic atmosphere such as in a strongly acidic electrolyte, particularly at the cathode. However, conventional metal oxides and metal compounds have a problem of lacking in chemical stability such as elution in a strongly acidic atmosphere, and since the activity is not satisfactory, cathode catalysts other than Pt and Pt alloys are used. As of now, no effective one has been found.
燃料電池の触媒層は電解質であるナフィオン(Nafion:デュポン社登録商標)などの強酸性電解質により強酸性雰囲気(pH=1程度)となっている。一部を除き、遷移金属酸化物は触媒層中で溶解する可能性がある。同様にアルカリ金属や遷移金属、希土類金属の硫酸塩も容易に溶解する。また、遷移金属酸化物や硫酸塩には、一部を除き酸素還元触媒活性は有してはいない。 The catalyst layer of the fuel cell has a strong acidic atmosphere (about pH = 1) with a strong acidic electrolyte such as Nafion (registered trademark of DuPont), which is an electrolyte. With some exceptions, transition metal oxides can dissolve in the catalyst layer. Similarly, sulfates of alkali metals, transition metals, and rare earth metals are easily dissolved. In addition, transition metal oxides and sulfates do not have oxygen reduction catalytic activity except for a part.
本発明者らは、前記課題を解決するために、触媒として、各種組成を検討した結果、本発明に至ったものである。具体的には、希土類硫酸塩に遷移金属酸化物を担持することで、遷移金属酸化物や希土類金属硫酸塩が強酸性環境下(pH=1程度)で溶解を抑制される化学的安定性を有し、酸素還元活性が発現することを見出した。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have studied various compositions as a catalyst, and as a result, have arrived at the present invention. Specifically, by supporting the transition metal oxide on the rare earth sulfate, the chemical stability of the transition metal oxide and the rare earth metal sulfate can be suppressed in a strongly acidic environment (pH = 1). It has been found that oxygen reduction activity is exhibited.
本発明の実施形態の触媒は、希土類元素から選択される少なくとも一種からなる元素Lと、B、P、Mo、WおよびSよりなる群から選択される少なくとも一種からなる元素Xとを含有する希土類オキソ酸担体と、前記希土類オキソ酸塩担体の表面に担持され、Mn、Fe、Co、およびNiよりなる群から選択される少なくとも一種からなる元素Mを含有する酸化物粒子とを含有する複合体であることを特徴とする。 The catalyst according to the embodiment of the present invention includes a rare earth containing at least one element L selected from rare earth elements and at least one element X selected from the group consisting of B, P, Mo, W and S. A composite containing an oxoacid carrier and oxide particles supported on the surface of the rare earth oxoacid salt carrier and containing at least one element M selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, and Ni It is characterized by being.
本発明における各構成について以下に説明する。 Each configuration in the present invention will be described below.
本発明の実施形態の希土類金属オキソ酸塩担体は、希土類元素から選択される少なくとも一種からなる元素Lとオキソアニオンとで構成された塩を基本とする。 The rare earth metal oxoacid salt carrier of the embodiment of the present invention is based on a salt composed of at least one element L selected from rare earth elements and an oxoanion.
希土類元素としては、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユーロビウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルビウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)およびルテチウム(Lu)の群から選択される少なくとも一種からなる元素Lである。
As rare earth elements, lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), eurobium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), It is the element L which consists of at least 1 type selected from the group of horbium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium ( Yb ), and lutetium (Lu).
オキソアニオンは、B、P、Mo、WおよびSよりなる群から選択される少なくとも一種からなる元素Xが酸素と結合して形成するXOn (2n−x)−(ここで、nは元素Xに結合した酸素原子の数、xは元素Xの酸化数を示す)のようなアニオンである。 The oxoanion is formed by XO n (2n−x) − (where n is an element X ) formed by combining at least one element X selected from the group consisting of B, P, Mo, W and S with oxygen. The number of oxygen atoms bonded to x, and x represents the oxidation number of element X).
本発明においては、触媒の詳細な酸素還元触媒の触媒機構に関してはまだ解明されていないが、希土類金属オキソ酸塩担体のオキソアニオンと遷移金属酸化物の金属元素との間に生じる結合により、遷移金属元素の電子状態が影響を受け、遷移金属元素に触媒活性が発現した可能性が考えられる。さらに、強酸性環境下においても溶解することのない化学的安定性を有すことができると考えられる。さらに、遷移金属を酸化物の状態で遷移金属酸化物の遷移金属イオンが溶出することを抑制できるため、他の燃料電池材料や装置の汚染も回避することができる。従って、本発明によれば、燃料電池において高い長期信頼性を得ることができる。 In the present invention, the catalytic mechanism of the detailed oxygen reduction catalyst of the catalyst has not yet been elucidated, but the transition caused by the bond generated between the oxoanion of the rare earth metal oxoacid salt support and the metal element of the transition metal oxide The electronic state of the metal element may be affected, and the transition metal element may have a catalytic activity. Furthermore, it is thought that it can have chemical stability that does not dissolve even in a strongly acidic environment. Furthermore, since it is possible to suppress the transition metal ions from the transition metal oxide from being eluted in the state of the transition metal, contamination of other fuel cell materials and devices can be avoided. Therefore, according to the present invention, high long-term reliability can be obtained in the fuel cell.
前記希土類金属オキソ酸塩担体を構成する元素Lは、好ましくはLaである。また、元素Xは、好ましくはSである。 The element L constituting the rare earth metal oxoacid salt carrier is preferably La. The element X is preferably S.
また、酸化物粒子を構成する元素Mは、好ましくはCoである。 The element M constituting the oxide particles is preferably Co.
本発明の実施形態においては、元素Lと前素Xに対する元素Mとの元素比(M/(L+X))が、0.01〜2(mol比)の範囲であることが好ましい。 In the embodiment of the present invention, the element ratio (M / (L + X)) between the element L and the element M with respect to the precursor X is preferably in the range of 0.01 to 2 (mol ratio).
これは、元素Lと前素Xに対する元素Mとの元素比(M/(L+X))があまり小さいと、触媒反応に必要な活性点が不足し、十分な触媒性能を得ることができない。逆に、その元素比(M/(L+X))があまり大きいと、希土類金属オキソ酸塩単体の表面が過剰の遷移金属酸化物に覆われてしまい、触媒活性の低下が見られる。そのため、元素比(M/(L+X))は、前記範囲とした。好ましい元素比は、0.05〜1であり、より好ましくは、0.2〜0.9である。 This is because if the element ratio of the element L to the element M with respect to the precursor X (M / (L + X)) is too small, the active sites necessary for the catalytic reaction are insufficient, and sufficient catalytic performance cannot be obtained. On the contrary, if the element ratio (M / (L + X)) is too large, the surface of the rare earth metal oxoacid salt alone is covered with excess transition metal oxide, and the catalytic activity is reduced. Therefore, the element ratio (M / (L + X)) is set in the above range. A preferable element ratio is 0.05 to 1, and more preferably 0.2 to 0.9.
本発明の実施形態の触媒において、その形状および大きさは、特に限定されるものではなく、公知の触媒の形状および大きさのものを使用することが可能である。 In the catalyst of the embodiment of the present invention, the shape and size are not particularly limited, and those having a known catalyst shape and size can be used.
なお、触媒の平均粒子径は、小さいほど電気化学反応が進行する有効電極面積が増加するため触媒活性や触媒反応により得られる反応電流値も高くなり好ましい。本発明の触媒は球形に近い不定形であり、その平均粒子径は、好ましくは5nm〜300nmであり、より好ましくは10nmから50nmである。 In addition, since the effective electrode area which an electrochemical reaction advances increases so that the average particle diameter of a catalyst is small, the reaction current value obtained by catalytic activity and catalytic reaction becomes high, and is preferable. The catalyst of the present invention has an amorphous shape close to a sphere, and the average particle size is preferably 5 nm to 300 nm, more preferably 10 nm to 50 nm.
本発明の実施形態における触媒の組成分析は、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP:Inductively Coupled Plasma)により評価できる。分析試料は、合成された電極触媒や燃料電池のカソードに使用されている触媒層の一部を削りだした粉末試料でも評価が可能である。 The composition analysis of the catalyst in the embodiment of the present invention can be evaluated by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP). The analysis sample can be evaluated by a powder sample obtained by scraping a part of the catalyst layer used for the synthesized electrode catalyst or the cathode of the fuel cell.
分析試料の前処理(溶液化)方法には、いくつかの手法があり、それらを本発明の触媒に使用している元素に応じて適宜、組み合わせて使用できる。例えば、酸溶解法であれば、多くの元素と錯体を形成し溶解を助ける濃塩酸、強い酸化力を有する硝酸、高温加熱分解が可能な熱濃硫酸などを用いることができる。また、単一の酸での溶解が困難な場合、これらの酸を組み合わせた混酸を用いてもよい。酸分解が困難な場合、高温溶融により溶解力が強力なアルカリ融解法があり、分解剤にはNa2CO3、Na2O2、NaOH+NaNO3がなどを用いることができる。 There are several methods for the pretreatment (solution) of the analysis sample, and these can be used in appropriate combinations according to the elements used in the catalyst of the present invention. For example, in the case of an acid dissolution method, concentrated hydrochloric acid that forms a complex with many elements to assist dissolution, nitric acid having strong oxidizing power, hot concentrated sulfuric acid capable of high-temperature heat decomposition, and the like can be used. Further, when it is difficult to dissolve with a single acid, a mixed acid obtained by combining these acids may be used. In the case where acid decomposition is difficult, there is an alkali melting method having strong dissolving power by high-temperature melting, and Na 2 CO 3 , Na 2 O 2 , NaOH + NaNO 3 and the like can be used as the decomposing agent.
希土類オキソ酸塩担体に酸化物粒子が担持されていることの確認は、透過型電子顕微鏡像(TEM:Transmission Electron Microscope)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS:Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)による組成分析により行うことが可能である。本発明では、透過型電子顕微鏡像(TEM)に日本電子(株)製、JEM−200CXを使用し、加速電圧:200kV、倍率は33万倍で観察する。具体的には、希土類オキソ酸塩担体に属酸化物粒子が接着していることを直接、像を観察して確認するとともに、エネルギー分散型X線分光分析(EDS)によるスポットで組成分析を行い、希土類金属硫酸塩粒子表面から遷移金属酸化物の構成元素が検出されることで確認する。 Confirmation that the oxide particles are supported on the rare earth oxoacid salt carrier is based on the energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS: Energy Dispersive X-ray) of the particles observed with a transmission electron microscope (TEM). ray Spectroscopy). In the present invention, JEM-200CX manufactured by JEOL Ltd. is used for the transmission electron microscope image (TEM), and the observation is performed at an acceleration voltage of 200 kV and a magnification of 330,000 times. Specifically, it is confirmed by directly observing the image that the genus oxide particles are adhered to the rare earth oxoacid salt carrier, and composition analysis is performed using spots by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). This is confirmed by detecting the constituent elements of the transition metal oxide from the surface of the rare earth metal sulfate particles.
また、本発明の実施形態における触媒の結晶構造は、X線回折分析(XRD)における回折ピークを帰属することで確認できる。本発明においては、X線回折分析(XRD)装置にRigaku製、RINT1200を使用する。 Moreover, the crystal structure of the catalyst in the embodiment of the present invention can be confirmed by assigning a diffraction peak in X-ray diffraction analysis (XRD). In the present invention, RINT1200 manufactured by Rigaku is used for the X-ray diffraction analysis (XRD) apparatus.
試料は、合成された触媒や燃料電池のカソードに使用されている触媒層の一部を削りだした粉末試料でも評価が可能である。 The sample can be evaluated by a powder sample obtained by cutting out a part of the catalyst layer used for the synthesized catalyst or the cathode of the fuel cell.
分析試料はメノウ乳鉢で粉砕し、45μmのフルイを通過した粉末を用いた。測定は、ガラス製の試料板(試料部の大きさ;縦20mm×横20mm×深さ0.2mm)にガラス板を用いて分析試料が試料板表面と平滑になるように充填した。
The analysis sample was pulverized in an agate mortar and used a powder that passed through a 45 μm sieve. In the measurement, a glass sample plate (size of sample portion:
測定条件は以下の通りである。その他の測定手法に関する詳細は理学電気(株)発行「X線回折の手引(改訂第三版)」を参考にして行っている。 The measurement conditions are as follows. For details on other measurement methods, refer to “Guidelines for X-ray diffraction (revised third edition)” issued by Rigaku Denki Co., Ltd.
管球:Cu
管電圧:40kV
管電流:40mA
発散スリット:1deg
散乱スリット:1deg
受光スリット:0.30mm
サンプリング角度:0.020deg
スキャンスピード:2 deg/min
本発明の実施形態における触媒成分の平均粒径は、X線回折分析(XRD)における触媒成分の最強回折ピークの半値幅より求められる結晶子径より算出できる。算出に用いたのはScherrerの式である。
Tube: Cu
Tube voltage: 40 kV
Tube current: 40 mA
Divergence slit: 1 deg
Scattering slit: 1 deg
Receiving slit: 0.30mm
Sampling angle: 0.020 deg
Scan speed: 2 deg / min
The average particle diameter of the catalyst component in the embodiment of the present invention can be calculated from the crystallite diameter obtained from the half width of the strongest diffraction peak of the catalyst component in X-ray diffraction analysis (XRD). The Scherrer equation was used for the calculation.
なお、触媒から試料を取り出す際には、製品の表面の最大面積を有する面の実質的に中央部の断面,試料を用いる。 When the sample is taken out from the catalyst, the cross section of the substantially central portion of the surface having the maximum surface area of the product is used.
次に、本発明の第1の実施形態の触媒の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the catalyst of the 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
希土類金属オキソ酸塩は、一般に市販されているものを使用してもよい。あるいは、希土類金属硝酸塩の水溶液にオキソ酸水溶液、具体的には、ホウ酸(H3BO3)、リン酸(H3PO4)、モリブデン酸(H2MoO4)、タングステン酸(H2WO4)、硫酸(H2SO4)の水溶液またはそれらオキソ酸のアンモニウム塩の水溶液を添加し、水溶媒を除去後、焼成して合成された希土類金属オキソ酸塩を使用しても良い。希土類オキソ酸塩の合成方法はこれらに限定されるものではない。また、希土類金属オキソ酸塩は複数種類の希土類金属元素を含む複合塩でもよい。希土類金属元素は原子半径が互いに近いため、複合塩として結晶構造は許容可能である。これらのうち、触媒活性を十分に高くするためには、硫酸ランタンを使用することが望ましい。 As the rare earth metal oxoacid salt, commercially available products may be used. Alternatively, an aqueous solution of rare earth metal nitrate with an oxo acid aqueous solution, specifically boric acid (H 3 BO 3 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), molybdic acid (H 2 MoO 4 ), tungstic acid (H 2 WO 4 ) A rare earth metal oxo acid salt synthesized by adding an aqueous solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) or an ammonium salt of these oxo acids and removing the aqueous solvent and then calcining may be used. The method for synthesizing the rare earth oxoacid salt is not limited to these. The rare earth metal oxoacid salt may be a composite salt containing a plurality of types of rare earth metal elements. Since rare earth metal elements have close atomic radii, the crystal structure is acceptable as a composite salt. Of these, it is desirable to use lanthanum sulfate in order to sufficiently increase the catalytic activity.
得られた希土類金属オキソ酸塩を担体とし、元素Mを含有する酸化物を担持させる方法は、希土類金属オキソ酸塩を溶解または分散した水溶液に、元素Mを含む塩を溶解した溶液、例えば塩化物、硝酸塩、酢酸塩などの水溶液を混合し、溶媒を除去することで、希土類金属オキソ酸塩と遷移金属元素Mを含む塩の混合物が触媒の前駆体として得られる。 A method of supporting an oxide containing element M using the obtained rare earth metal oxoacid salt as a carrier is a solution in which a salt containing element M is dissolved in an aqueous solution in which rare earth metal oxoacid salt is dissolved or dispersed, for example, chloride. A mixture of a rare earth metal oxoacid salt and a salt containing a transition metal element M is obtained as a catalyst precursor by mixing an aqueous solution of the product, nitrate, acetate and the like and removing the solvent.
この触媒前駆体を粉砕した後、熱処理することで遷移金属元素Mを含む塩が熱分解して元素Mを含む酸化物へ変化し、希土類金属オキソ酸塩を担体とし遷移金属酸化物が担持される。さらに希土類金属オキソ酸塩と遷移金属酸化物との間に結合が形成され、本発明の触媒となる。前記希土類金属オキソ酸塩と元素Mを含む塩を溶解した溶液から溶媒を除去する方法には、自然乾燥、蒸発乾固法、ロータリーエバポレーター、噴霧乾燥機、ドラムドライヤーなど公知の方法を用いて溶媒を除去させてもよい。溶媒除去の時間や温度は、使用する方法に応じて適宜、選択すれば良い。 The catalyst precursor is pulverized and then heat treated to thermally decompose the salt containing the transition metal element M into an oxide containing the element M, and the transition metal oxide is supported using the rare earth metal oxoacid salt as a support. The Furthermore, a bond is formed between the rare earth metal oxoacid salt and the transition metal oxide, which becomes the catalyst of the present invention. As a method for removing the solvent from the solution in which the salt containing the rare earth metal oxoacid salt and the element M is dissolved, a solvent is used by using a known method such as natural drying, evaporation to dryness, rotary evaporator, spray dryer, drum dryer or the like. May be removed. What is necessary is just to select the time and temperature of solvent removal suitably according to the method to be used.
希土類金属オキソ酸塩担体に遷移金属酸化物を担持させる際の熱処理の温度は、元素Mを含む塩、例えば塩化物、硝酸塩、酢酸塩などを熱分解して元素Mを含む酸化物とした後、元素Mを含む酸化物が希土類金属オキソ酸塩と化学的な結合を形成するのに必要である。したがって、熱処理条件は元素Mを含む塩の熱分解温度と酸化物が希土類金属オキソ酸塩と結合を形成するのに最適な温度によって決定される。この熱処理温度は、400〜1000℃である。この熱処理温度があまり低温では元素Mを含む塩の熱分解が不十分で酸化物を形成しない場合、あるいは、酸化物となっていても希土類金属オキソ酸塩担体と十分な結合を形成していないことがあるため触媒活性が低くなる。また熱処理温度があまり高温となると元素Mを含有する酸化物や希土類金属オキソ酸塩が粒成長をして触媒の比表面積の低下による反応面積の低下や希土類金属オキソ酸塩が熱分解をして酸化物となり、触媒が失活する。そのため、熱処理温度は、前記範囲とした。熱処理温度は、好ましくは500〜800℃であり、より好ましくは550〜700℃である。 The temperature of the heat treatment when the transition metal oxide is supported on the rare earth metal oxoacid salt support is obtained by thermally decomposing a salt containing the element M, for example, chloride, nitrate, acetate, etc. to obtain an oxide containing the element M. The oxide containing element M is necessary to form a chemical bond with the rare earth metal oxoacid salt. Therefore, the heat treatment conditions are determined by the thermal decomposition temperature of the salt containing the element M and the optimum temperature at which the oxide forms a bond with the rare earth metal oxoacid salt. The heat treatment temperature is 400 to 1000 ° C. If the heat treatment temperature is too low, the salt containing the element M is not sufficiently decomposed to form an oxide, or even if it is an oxide, it does not form a sufficient bond with the rare earth metal oxoacid salt support. As a result, the catalytic activity is lowered. Also, if the heat treatment temperature becomes too high, oxides containing element M and rare earth metal oxoacid salts will grow and the reaction area will decrease due to the reduction of the specific surface area of the catalyst and the rare earth metal oxoacid salts will thermally decompose. It becomes an oxide and the catalyst is deactivated. Therefore, the heat treatment temperature is in the above range. The heat treatment temperature is preferably 500 to 800 ° C, more preferably 550 to 700 ° C.
希土類金属オキソ酸塩担体と元素Mを含有する酸化物粒子は前述のような化学的な結合を形成することで触媒として機能する。触媒の合成に前述の熱処理は必須であり、焼成過程においてや希土類金属オキソ酸塩や元素Mを含有する酸化物粒子は結晶化する。 The oxide particles containing the rare earth metal oxoacid salt support and the element M function as a catalyst by forming the chemical bond as described above. The heat treatment described above is essential for the synthesis of the catalyst, and the oxide particles containing the rare earth metal oxoacid salt and the element M are crystallized in the firing process.
希土類金属オキソ酸塩に元素Mを含有する酸化物粒子を担持させる熱処理の雰囲気は、元素Mを含む塩、例えば塩化物、硝酸塩、酢酸塩などを熱分解して遷移金属元素を含む酸化物とするため、酸化性の雰囲気、例えば空気あるいは酸素などの雰囲気で処理されることが好ましい。 The atmosphere of the heat treatment in which the oxide particles containing the element M are supported on the rare earth metal oxo acid salt includes a salt containing the element M, for example, an oxide containing a transition metal element by thermally decomposing a chloride, nitrate, acetate or the like. Therefore, the treatment is preferably performed in an oxidizing atmosphere such as air or oxygen.
希土類金属オキソ酸塩担体に元素Mを含有する酸化物粒子を担持させる方法はこれらに限定されるものではない。また、酸化物粒子は複数の元素を含む複合酸化物の状態でもよい。これらのうち、触媒活性を十分に高くするためには、コバルト酸化物を使用することが好ましい。 The method for supporting the oxide particles containing the element M on the rare earth metal oxoacid salt support is not limited to these. The oxide particles may be in the form of a complex oxide containing a plurality of elements. Of these, it is preferable to use a cobalt oxide in order to sufficiently increase the catalytic activity.
本発明の実施形態の触媒は、優れた触媒活性を有するが、特に2H++2e−+1/2O2→H2O等で示される酸素還元活性に優れることから、カソード触媒として用いられるのが好ましい。 The catalyst of the embodiment of the present invention has excellent catalytic activity, but is particularly preferably used as a cathode catalyst because of its excellent oxygen reduction activity represented by 2H + + 2e − + 1 / 2O 2 → H 2 O and the like. .
上記第1の実施形態の触媒により、酸性雰囲気下で化学的安定性に優れ、触媒活性も高い非白金触媒を含む触媒を得ることができる。 With the catalyst of the first embodiment, it is possible to obtain a catalyst including a non-platinum catalyst that is excellent in chemical stability under an acidic atmosphere and has high catalytic activity.
(第2の実施形態)
次に、本発明に係わる第2の実施形態の触媒組成物について説明する。
(Second Embodiment)
Next, the catalyst composition of 2nd Embodiment concerning this invention is demonstrated.
前記第1の実施形態で示した本発明の触媒は導電性を有していない。したがって、電極反応を促進させるため、触媒に導電性材料を含有する触媒組成物として使用される。 The catalyst of the present invention shown in the first embodiment does not have conductivity. Therefore, in order to promote the electrode reaction, the catalyst is used as a catalyst composition containing a conductive material.
前記導電性材料としては、電極触媒を所望の分散状態で担持させるための比表面積を有し、集電体として十分な電子導電性を有しているものであればよく、主成分がカーボンであるのが好ましい。例えば、アセチレンブラック、バルカン(キャボット社登録商標)、ケッチェンブラック等のカーボンブラックを挙げることができるが、これに限定されるものではなく、導電性と安定性に優れる担体であれば使用することができる。最近、ナノカーボン材料、例えば、ファイバー状、チューブ状、コイル状などが開発されている。 The conductive material is not particularly limited as long as it has a specific surface area for supporting the electrode catalyst in a desired dispersed state and has sufficient electronic conductivity as a current collector. Preferably there is. For example, carbon black such as acetylene black, Vulcan (registered trademark of Cabot Corporation), ketjen black, and the like can be mentioned. However, the present invention is not limited to this, and any carrier having excellent conductivity and stability can be used. Can do. Recently, nanocarbon materials, such as fibers, tubes, coils, etc., have been developed.
前記導電性材料の比表面積は、触媒を高分散担持させるのに十分な比表面積であればよい。50m2/g〜1400m2/gである。比表面積があまり小さいと導電性材料への触媒成分の分散性が低下して十分な発電性能が得られない恐れがあり、逆に、比表面積があまり大きいと触媒成分の有効利用率が低下する恐れがある。そのため前記範囲とした。好ましい比表面積は80m2/g〜1200m2/gであり、さらに好ましくは100m2/g〜1000m2/gである。 The specific surface area of the conductive material may be sufficient as long as the catalyst is highly dispersed and supported. It is a 50m 2 / g~1400m 2 / g. If the specific surface area is too small, the dispersibility of the catalyst component in the conductive material may be reduced and sufficient power generation performance may not be obtained. Conversely, if the specific surface area is too large, the effective utilization rate of the catalyst component will be reduced. There is a fear. Therefore, it was set as the said range. Preferred specific surface area was 80m 2 / g~1200m 2 / g, more preferably from 100m 2 / g~1000m 2 / g.
前記導電性材料の大きさは、特に限定されないが、希土類オキソ酸塩担体への担持の容易さおよび触媒利用率を適切な範囲で制御するなどの観点からは、平均直径を30nm〜500nm、好ましくは50nm〜300nm程度とするのがよい。導電性材料の大きさは透過型電子顕微鏡像(TEM)より調べられる導電性材料の粒子径の平均値により測定することができる。 The size of the conductive material is not particularly limited, but the average diameter is preferably 30 nm to 500 nm, preferably from the viewpoint of controlling the ease of loading on the rare earth oxoacid salt support and the catalyst utilization rate within an appropriate range. Is preferably about 50 nm to 300 nm. The magnitude | size of an electroconductive material can be measured by the average value of the particle diameter of the electroconductive material investigated from a transmission electron microscope image (TEM).
本発明の第2の実施形態の触媒組成物における触媒の含有量は、触媒組成物の全量に対して、10〜90質量%とすることが好ましい。触媒の含有量があまり少ないと、単位質量あたりの触媒活性が低下して所望の触媒活性を得るために多量の電極触媒が必要となり、また触媒層における反応物質の拡散性が低下するため好ましくない。逆に、触媒の含有量があまり多いと導電性材料上での触媒の分散度が下がるため電気抵抗が増大し、活性が低下する恐れがある。触媒の含有量は、好ましくは20〜80質量%であり、より好ましくは30〜70重量%である。とするのがよい。なお、電極触媒の含有量は誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)によって調べることができる。 The catalyst content in the catalyst composition of the second embodiment of the present invention is preferably 10 to 90% by mass with respect to the total amount of the catalyst composition. If the catalyst content is too low, the catalyst activity per unit mass is reduced, and a large amount of electrode catalyst is required to obtain the desired catalyst activity, and the diffusibility of the reactants in the catalyst layer is reduced, which is not preferable. . On the contrary, if the content of the catalyst is too large, the degree of dispersion of the catalyst on the conductive material is lowered, so that the electric resistance increases and the activity may be lowered. The catalyst content is preferably 20 to 80% by mass, and more preferably 30 to 70% by weight. It is good to do. The content of the electrode catalyst can be examined by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP).
本発明の実施形態の触媒と導電性材料とを含有する触媒組成物とするには、得られた触媒と導電性材料を混合すれば良い。 In order to obtain a catalyst composition containing the catalyst of the embodiment of the present invention and a conductive material, the obtained catalyst and the conductive material may be mixed.
上記第2の実施形態の触媒組成物により、酸性雰囲気下で化学的安定性に優れ、触媒活性も高い非白金触媒を含む触媒組成物を得ることができる。 With the catalyst composition of the second embodiment, a catalyst composition containing a non-platinum catalyst having excellent chemical stability and high catalytic activity under an acidic atmosphere can be obtained.
(第3の実施形態)
次に、本発明に係わる第3の実施形態の触媒組成物について説明する。
(Third embodiment)
Next, the catalyst composition of 3rd Embodiment concerning this invention is demonstrated.
本発明の第3実施形態(第2の触媒組成物)は、前記第1の実施形態で示した触媒と、導電性材料に貴金属粒子および/または貴金属合金粒子を担持させた酸素還元触媒とを含む触媒組成物である。 A third embodiment (second catalyst composition) of the present invention includes the catalyst shown in the first embodiment and an oxygen reduction catalyst in which noble metal particles and / or noble metal alloy particles are supported on a conductive material. It is a catalyst composition containing.
第3の実施形態においては、従来、一般的に使用されているような公知の貴金属粒子および/または貴金属合金粒子を含む酸素還元触媒と混合して用いることにより、Pt使用量の大幅な低減が図れるとともに、本発明の電極触媒による電極反応が促進され触媒活性がさらに優れる触媒組成物が得られる。 In the third embodiment, the amount of Pt used can be greatly reduced by mixing with an oxygen reduction catalyst containing known noble metal particles and / or noble metal alloy particles that are conventionally used. In addition, the electrode reaction by the electrode catalyst of the present invention is promoted, and a catalyst composition having further excellent catalytic activity can be obtained.
前記導電性材料に貴金属粒子および/または貴金属合金粒子を担持させた酸素還元触媒としては、従来、一般的に用いられている公知のものであれば特に制限されずに用いられる。 The oxygen reduction catalyst in which noble metal particles and / or noble metal alloy particles are supported on the conductive material is not particularly limited as long as it is a conventionally known oxygen reduction catalyst.
前記貴金属粒子としては、特に制限されないが、白金(Pt)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)よりなる群から選択される少なくとも一種の貴金属からなるものが好ましい。 The noble metal particles are not particularly limited, and those composed of at least one kind of noble metal selected from the group consisting of platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), and iridium (Ir). preferable.
また、触媒の耐溶解性、活性等などを向上させるために、触媒成分として貴金属合金粒子を用いても良い。貴金属合金粒子としては、特に制限されないが、二種以上の貴金属元素のみからなる合金、貴金属元素とその他の金属元素とを含む合金などが挙げられる。 Further, in order to improve the dissolution resistance, activity, etc. of the catalyst, noble metal alloy particles may be used as the catalyst component. Although it does not restrict | limit especially as a noble metal alloy particle, The alloy which consists only of 2 or more types of noble metal elements, the alloy containing a noble metal element and another metal element, etc. are mentioned.
貴金属合金粒子は、高い触媒活性が得られることから、Ptを基体とした貴金属合金触媒が好ましい。前記貴金属合金触媒として、具体的には、Ru、Rh、Pd、IrなどのPt以外の貴金属、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、Mn、Fe、Co、Niからなる群から選ばれる一種以上の金属元素と、Ptとの合金が好ましい。 Since the noble metal alloy particles have high catalytic activity, a noble metal alloy catalyst based on Pt is preferable. Specifically, as the noble metal alloy catalyst, a group consisting of noble metals other than Pt such as Ru, Rh, Pd, and Ir, titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), Mn, Fe, Co, and Ni. An alloy of at least one metal element selected from Pt and Pt is preferable.
前記貴金属合金粒子の合金組成は、合金化する金属元素の種類にもよるが、Ptが30〜95原子%、合金化する金属元素が5〜70原子%とするのが良い。 The alloy composition of the noble metal alloy particles is preferably 30 to 95 atomic% for Pt and 5 to 70 atomic% for the metal element to be alloyed, depending on the type of metal element to be alloyed.
なお、合金とは、複数の金属元素あるいは金属元素と非金属元素から成る金属的性質を有しているものの総称である。合金には、完全に溶け込んでいる固溶体、結晶レベルでは成分の金属元素がそれぞれ独立している共晶、原子のレベルで一定割合で結合した金属間化合物などがあるが、本発明においてはいずれかに限定されるものではない。 Note that an alloy is a generic name for a plurality of metal elements or those having metallic properties composed of a metal element and a non-metal element. Alloys include solid solutions that are completely dissolved, eutectics in which the metallic elements of the components are independent at the crystal level, and intermetallic compounds that are bonded at a certain ratio at the atomic level. It is not limited to.
導電性材料に貴金属粒子および/または貴金属合金粒子を担持させた酸素還元触媒において、触媒成分として貴金属粒子および貴金属合金粒子の双方を用いる場合、貴金属粒子および貴金属合金粒子は、同じ導電性材料に担持されても良く、異なる導電性材料にそれぞれを担持させても良い。 In the case of using both noble metal particles and noble metal alloy particles as catalyst components in an oxygen reduction catalyst in which noble metal particles and / or noble metal alloy particles are supported on a conductive material, the noble metal particles and the noble metal alloy particles are supported on the same conductive material. Each of them may be supported on different conductive materials.
第3の実施形態の触媒組成物の導電性材料に貴金属粒子および/または貴金属合金粒子を担持させた酸素還元触媒において、貴金属粒子および/または貴金属合金粒子などの金属成分の担持量は、酸素還元触媒の全量に対して、10〜90質量%であることが好ましい。これは金属成分の担持量があまり少ないと、単位質量あたりの触媒活性が低下して所望の発電性能を得るために多量の電極触媒が必要となり、また触媒層における反応物質の拡散性が低下するため好ましくない。逆にその担持量があまり多いと、触媒成分の導電性材料上での分散度が下がり、担持量が増加する割に発電性能の向上が小さく経済上での利点が低下する恐れがある。したがって、前記担持量は前記範囲とした。好ましい担持量は20〜80質量%であり、より好ましくは30〜70質量%である。 In the oxygen reduction catalyst in which noble metal particles and / or noble metal alloy particles are supported on the conductive material of the catalyst composition of the third embodiment, the loading amount of the metal component such as noble metal particles and / or noble metal alloy particles is oxygen reduction. It is preferable that it is 10-90 mass% with respect to the whole quantity of a catalyst. This is because if the amount of the metal component supported is too small, the catalytic activity per unit mass decreases, and a large amount of electrode catalyst is required to obtain the desired power generation performance, and the diffusibility of the reactants in the catalyst layer decreases. Therefore, it is not preferable. On the other hand, if the amount is too large, the degree of dispersion of the catalyst component on the conductive material is lowered, and the improvement in power generation performance is small and the economic advantage may be reduced for an increase in the amount supported. Therefore, the carrying amount is in the above range. A preferable loading amount is 20 to 80% by mass, and more preferably 30 to 70% by mass.
また、第3の実施形態の触媒組成物の、第1の実施形態で示される本発明の触媒の含有量は、触媒組成物の全量に対して、30〜97質量%であることが好ましい。これは、本発明の触媒の含有量があまり少ないと、第1の実施形態で示される希土類オキソ酸塩担体の表面に担持される元素Mを含有する酸化物粒子を含有する複合体による酸素還元活性が十分に発現しない恐れがあり、逆に、その含有量があまり多いと貴金属粒子および貴金属合金粒子による酸素還元活性が十分に発現しない恐れがあるためである。第1の実施形態で示される本発明の触媒の好ましい含有量は、40〜95質量%であり、より好ましくは50〜93質量%である。 Moreover, it is preferable that content of the catalyst of this invention shown by 1st Embodiment of the catalyst composition of 3rd Embodiment is 30-97 mass% with respect to the whole quantity of a catalyst composition. This is because, when the content of the catalyst of the present invention is too small, oxygen reduction by the composite containing oxide particles containing the element M supported on the surface of the rare earth oxoacid salt carrier shown in the first embodiment This is because the activity may not be sufficiently expressed, and conversely if the content is too large, the oxygen reduction activity by the noble metal particles and the noble metal alloy particles may not be sufficiently expressed. The preferable content of the catalyst of the present invention shown in the first embodiment is 40 to 95% by mass, more preferably 50 to 93% by mass.
上記第3の実施形態の触媒組成物により、酸性雰囲気下で化学的安定性に優れ、触媒活性も高い非白金触媒を含む触媒組成物を得ることができる。 With the catalyst composition of the third embodiment, a catalyst composition containing a non-platinum catalyst having excellent chemical stability and high catalytic activity in an acidic atmosphere can be obtained.
(第4の実施形態)
次に、本発明に係わる第4の実施形態のカソード触媒層について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a cathode catalyst layer according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
本発明の第4実施形態は、前記第2の実施形態および第3の実施形態の触媒組成物を用いるものである。 The fourth embodiment of the present invention uses the catalyst composition of the second embodiment and the third embodiment.
カソード触媒層は、本発明の触媒組成物と高分子電解質を用いる以外は、従来一般的な電極触媒層と同様な構成を有する。 The cathode catalyst layer has the same configuration as that of a conventional general electrode catalyst layer except that the catalyst composition of the present invention and a polymer electrolyte are used.
本発明の第4の実施形態のカソード触媒層に用いられる高分子電解質としては、特に限定されず公知のものを用いることができるが、少なくとも高いプロトン伝導性、化学的安定性を有する部材であれば良い。高分子電解質として使用できる固体高分子電解質は、ポリマー骨格の全部又は一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質として、具体的には、ナフィオン(Nafion:デュポン社登録商標)等のパーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーが挙げられる。 The polymer electrolyte used for the cathode catalyst layer according to the fourth embodiment of the present invention is not particularly limited, and a known one can be used, but at least a member having high proton conductivity and chemical stability can be used. It ’s fine. The solid polymer electrolyte that can be used as the polymer electrolyte is a perfluorocarbon sulfonic acid system such as Nafion (registered trademark of DuPont) as a fluorine-based electrolyte containing fluorine atoms in all or part of the polymer skeleton. Polymers.
本発明の実施形態のカソード触媒層において、触媒組成物の含有量は、全カソード触媒層成分量(触媒組成物と高分子電解質との総和)に対して、5〜97質量%とするのが好ましい。これは、触媒組成物の含有量があまり少ない、触媒組成物が不足し、十分な発電性能が得られない恐れがあり、逆にその含有量があまり多いと高分子電解質が不足し、プロトン伝導性が不十分なため十分な発電性能が得られない恐れがあるためである。触媒組成物の好ましい含有量は、7〜95質量%であり、より好ましくは10〜90質量%である。 In the cathode catalyst layer of the embodiment of the present invention, the content of the catalyst composition is 5 to 97% by mass with respect to the total amount of the cathode catalyst layer components (total of the catalyst composition and the polymer electrolyte). preferable. This is because the content of the catalyst composition is too low, the catalyst composition is insufficient, and sufficient power generation performance may not be obtained. On the other hand, when the content is too high, the polymer electrolyte is insufficient and the proton conductivity is reduced. This is because sufficient power generation performance may not be obtained due to insufficient performance. The preferable content of the catalyst composition is 7 to 95% by mass, more preferably 10 to 90% by mass.
本発明の実施形態の電極触媒を含むカソード触媒層において、カソード触媒層を二層構造とし、どちらか一方のカソード触媒層に電極触媒を含ませてもよい。 In the cathode catalyst layer including the electrode catalyst according to the embodiment of the present invention, the cathode catalyst layer may have a two-layer structure, and one of the cathode catalyst layers may include the electrode catalyst.
本発明の実施形態のカソード触媒層は、複数の組成よりなるカソード触媒層をカソード触媒層の厚さ方向に積層されたものでもよい。例えば、本発明の触媒組成物および高分子電解質を含有するカソード触媒層と、導電性材料に貴金属粒子および/ または貴金属合金粒子を担持させた酸素還元触媒および高分子電解質を含むカソード触媒層を積層した構成を採用することもできる。 The cathode catalyst layer according to the embodiment of the present invention may be formed by laminating a cathode catalyst layer having a plurality of compositions in the thickness direction of the cathode catalyst layer. For example, a cathode catalyst layer containing the catalyst composition of the present invention and a polymer electrolyte and a cathode catalyst layer containing an oxygen reduction catalyst in which noble metal particles and / or noble metal alloy particles are supported on a conductive material and a polymer electrolyte are laminated. It is also possible to adopt the configuration described above.
本発明の実施形態のカソード触媒層は、例えば、前述した構成材料を水やアルコールなどの有機溶媒に混合、分散して触媒スラリーとし、このスラリーを基体(導電性多孔質シートなど)に塗布、乾燥して触媒層を形成する。分散方法は特に限定されるものではなく、ディソルバー、ボールミルなどが挙げられる。 The cathode catalyst layer according to the embodiment of the present invention is, for example, mixed and dispersed in the organic solvent such as water or alcohol to form the catalyst material, and this slurry is applied to a substrate (such as a conductive porous sheet). Dry to form a catalyst layer. The dispersion method is not particularly limited, and examples thereof include a dissolver and a ball mill.
本発明の実施形態のカソード触媒層は、酸化剤ガスなどの反応ガスを十分に拡散させるための空隙を確保することができる。したがって、触媒の酸素還元活性の更なる向上が図れる。また、集電体として十分な電子導電性を有している導電性材料を用いることにより、電極反応を阻害することもない。 The cathode catalyst layer of the embodiment of the present invention can secure a gap for sufficiently diffusing a reaction gas such as an oxidant gas. Accordingly, the oxygen reduction activity of the catalyst can be further improved. Further, by using a conductive material having sufficient electronic conductivity as a current collector, the electrode reaction is not hindered.
以上のように、本発明の実施形態のカソード触媒層は、発電性能さらには耐久性がさらに向上することが可能となる。 As described above, the power generation performance and durability of the cathode catalyst layer according to the embodiment of the present invention can be further improved.
(第5の実施形態)
次に、本発明に係わる第5の実施形態の膜電極接合体および燃料電池について説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a membrane electrode assembly and a fuel cell according to a fifth embodiment of the present invention will be described.
本発明の第5実施形態は、前記第4の実施形態のカソード触媒層を用いるものである。 The fifth embodiment of the present invention uses the cathode catalyst layer of the fourth embodiment.
図1は、第5の実施形態の膜電極接合体(MEA)およびそれを用いた燃料電池を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a membrane electrode assembly (MEA) of a fifth embodiment and a fuel cell using the same.
燃料電池20は、水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜1、およびその膜1を挟んで2つの電極、すなわち、水素が供給される燃料極(アノード)2と酸素が供給される空気極(カソード)3が配置されたものを基本構成とした膜電極接合体(MEA)12を具備する。アノード2は、拡散層4と、その上に積層されたアノード触媒層5とを含む。カソード3は、拡散層6と、その上に積層されたカソード触媒層7とを含む。アノード2とカソード3は、高分子電解質膜1を介して、アノード触媒層とカソード触媒層とが対向するように積層される。
The
MEA12は図示しない空気(酸素)等の酸化剤を供給する供給機構から空気(酸素)をカソードへ供給するための酸化剤ガス供給溝8付きのカソードホルダー9と、燃料である水素等をアノードへ供給するための燃料供給溝10付きのアノードホルダー11との内部に組み込んで、図1に示すような単電池を構成して発電を行う。燃料電池20においては、燃料電池20が所望する電圧等を得られるように、カソードホルダー9およびアノードホルダー11を介してMEA12を複数積層して直列に繋いだスタック構造あるいは平面配置構造を形成してもよい。燃料電池20の形状などは、特に限定されず、所望する電圧などの電池特性が得られるように適宜決定すればよい。
The
カソード触媒層7は、第4の実施形態のカソード触媒層により構成される。 The cathode catalyst layer 7 is constituted by the cathode catalyst layer of the fourth embodiment.
カソード触媒層7が、複数の組成よりなるカソード触媒層をカソード触媒層の厚さ方向に積層されたものでもよい。例えば、第1のカソード触媒層が本発明の触媒組成物および高分子電解質を含有するカソード触媒層とし、第2のカソード触媒層が導電性材料に貴金属粒子および/ または貴金属合金粒子を担持させた酸素還元触媒および高分子電解質を含むカソード触媒層を積層した構成を採用することもできる。 The cathode catalyst layer 7 may be formed by laminating a cathode catalyst layer having a plurality of compositions in the thickness direction of the cathode catalyst layer. For example, the first cathode catalyst layer is a cathode catalyst layer containing the catalyst composition of the present invention and a polymer electrolyte, and the second cathode catalyst layer has noble metal particles and / or noble metal alloy particles supported on a conductive material. A structure in which a cathode catalyst layer containing an oxygen reduction catalyst and a polymer electrolyte is laminated can also be adopted.
この積層構造のカソード触媒層7を採用することにより、発電性能または耐久性がさらに向上されたカソード触媒層を提供することが可能となる。例えば、上記積層構造を有するカソード触媒層7を用いてMEA12を構成する際に、前記第1のカソード触媒層を高分子電解質膜1側に配置することで、電極反応の副反応により生成した過酸化水素の分解を本発明の触媒が促進し、これにより過酸化水素によるカソード触媒層7や高分子電解質膜1に含まれる電解質成分の劣化を抑制することができ、カソード触媒層7やMEA12の耐久性をさらに向上させることが可能となる。
By adopting the cathode catalyst layer 7 having this laminated structure, it is possible to provide a cathode catalyst layer with further improved power generation performance or durability. For example, when the
また、前記積層構造を有するカソード触媒層7を用いてMEA12を構成する際に前記第1のカソード触媒層を高分子電解質膜1とは反対側に配置することで、発電によって生成した水を保持する保水層としての役割を担うことによって、燃料電池20の加湿条件を管理する負担を軽減でき、長期間の安定した発電を行うことができる。
In addition, when the
アノード触媒層5には、導電性材料に貴金属粒子および/または貴金属合金粒子を担持させた燃料酸化触媒、高分子電解質が含有される。 The anode catalyst layer 5 contains a fuel oxidation catalyst and a polymer electrolyte in which noble metal particles and / or noble metal alloy particles are supported on a conductive material.
アノード触媒層5において、導電性材料に貴金属粒子および/または貴金属合金粒子を担持させた燃料酸化触媒としては、従来一般的に用いられているものであれば特に制限されずに用いられる。具体的には、貴金属粒子としては、Pt、Ru、Ir、Pdよりなる群から選択される少なくとも一種の貴金属からなるものが好ましい。 In the anode catalyst layer 5, the fuel oxidation catalyst in which noble metal particles and / or noble metal alloy particles are supported on a conductive material is not particularly limited as long as it is generally used. Specifically, the noble metal particles are preferably made of at least one kind of noble metal selected from the group consisting of Pt, Ru, Ir, and Pd.
また、燃料ガスに含まれる触媒被毒成分、例えば一酸化炭素などによる触媒活性低下を抑制させるために、触媒成分として貴金属合金粒子を用いてもよい。 Further, noble metal alloy particles may be used as a catalyst component in order to suppress a decrease in catalyst activity due to a catalyst poisoning component contained in the fuel gas, such as carbon monoxide.
前記貴金属粒子としては、特に制限されないが、Pt、Ru、Rh、Pd、Irよりなる群から選択される少なくとも一種の貴金属からなるものが好ましい。 The noble metal particles are not particularly limited, but those composed of at least one kind of noble metal selected from the group consisting of Pt, Ru, Rh, Pd, and Ir are preferable.
また、触媒の耐溶解性、活性等などを向上させるために、触媒成分として貴金属合金粒子を用いても良い。貴金属合金粒子としては、特に制限されないが、二種以上の貴金属元素のみからなる合金、貴金属元素とその他の金属元素とを含む合金などが挙げられる。 Further, in order to improve the dissolution resistance, activity, etc. of the catalyst, noble metal alloy particles may be used as the catalyst component. Although it does not restrict | limit especially as a noble metal alloy particle, The alloy which consists only of 2 or more types of noble metal elements, the alloy containing a noble metal element and another metal element, etc. are mentioned.
貴金属合金粒子は、高い触媒活性が得られることから、Ptを基体とした貴金属合金触媒が好ましい。前記貴金属合金触媒として、具体的には、Ru、Rh、Pd、IrなどのPt以外の貴金属、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Niからなる群から選ばれる一種以上の金属元素と、Ptとの合金が好ましい。 Since the noble metal alloy particles have high catalytic activity, a noble metal alloy catalyst based on Pt is preferable. Specifically, the noble metal alloy catalyst includes one or more metal elements selected from the group consisting of noble metals other than Pt such as Ru, Rh, Pd, and Ir, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, and Ni. An alloy with Pt is preferred.
前記貴金属合金粒子の合金組成は、合金化する金属元素の種類にもよるが、Ptが30〜95原子%、合金化する金属元素が5〜70原子%とするのが良い。 The alloy composition of the noble metal alloy particles is preferably 30 to 95 atomic% for Pt and 5 to 70 atomic% for the metal element to be alloyed, depending on the type of metal element to be alloyed.
なお、合金とは、複数の金属元素あるいは金属元素と非金属元素から成る金属的性質を有しているものの総称である。合金には、完全に溶け込んでいる固溶体、結晶レベルでは成分の金属元素がそれぞれ独立している共晶、原子のレベルで一定割合で結合した金属間化合物などがあるが、本発明においてはいずれかに限定されるものではない。 Note that an alloy is a generic name for a plurality of metal elements or those having metallic properties composed of a metal element and a non-metal element. Alloys include solid solutions that are completely dissolved, eutectics in which the metallic elements of the components are independent at the crystal level, and intermetallic compounds that are bonded at a certain ratio at the atomic level. It is not limited to.
導電性材料に貴金属粒子および/または貴金属合金粒子を担持させた燃料酸化触媒において、触媒成分として貴金属粒子および貴金属合金粒子の双方を用いる場合、貴金属粒子および貴金属合金粒子は、同じ導電性材料に担持されても良く、異なる導電性材料にそれぞれを担持させても良い。 In a fuel oxidation catalyst in which noble metal particles and / or noble metal alloy particles are supported on a conductive material, when both noble metal particles and noble metal alloy particles are used as catalyst components, the noble metal particles and the noble metal alloy particles are supported on the same conductive material. Each of them may be supported on different conductive materials.
アノード触媒層5の導電性材料に貴金属粒子および/または貴金属合金粒子を担持させた燃料酸化触媒において、貴金属粒子および/または貴金属合金粒子などの金属成分の担持量は、酸素還元触媒の全量に対して、10〜90質量%であることが好ましい。これは金属成分の担持量があまり少ないと、単位質量あたりの触媒活性が低下して所望の発電性能を得るために多量の電極触媒が必要となり、また触媒層における反応物質の拡散性が低下するため好ましくない。逆にその担持量があまり多いと、触媒成分の導電性材料上での分散度が下がり、担持量が増加する割に発電性能の向上が小さく経済上での利点が低下する恐れがある。したがって、前記担持量は前記範囲とした。好ましい担持量は20〜80質量%であり、より好ましくは30〜70質量%である。 In the fuel oxidation catalyst in which noble metal particles and / or noble metal alloy particles are supported on the conductive material of the anode catalyst layer 5, the supported amount of metal components such as noble metal particles and / or noble metal alloy particles is based on the total amount of the oxygen reduction catalyst. The content is preferably 10 to 90% by mass. This is because if the amount of the metal component supported is too small, the catalytic activity per unit mass decreases, and a large amount of electrode catalyst is required to obtain the desired power generation performance, and the diffusibility of the reactants in the catalyst layer decreases. Therefore, it is not preferable. On the other hand, if the amount is too large, the degree of dispersion of the catalyst component on the conductive material is lowered, and the improvement in power generation performance is small and the economic advantage may be reduced for an increase in the amount supported. Therefore, the carrying amount is in the above range. A preferable loading amount is 20 to 80% by mass, and more preferably 30 to 70% by mass.
拡散層4、6には、導電性多孔質シートを使用することができる。拡散層4、6は、電各触媒層5、7の高分子電解質膜1が接する面とは反対の面に配置される。
For the diffusion layers 4 and 6, a conductive porous sheet can be used. The diffusion layers 4 and 6 are disposed on the surface opposite to the surface of the electrocatalyst layers 5 and 7 on which the
拡散層4,6は、特に限定されず公知のものが同様にして使用でき、例えば、炭素製の織物、フェルト、不織布といった導電性及び多孔質性を有するシート状の基材からなるものなどが挙げられる。 The diffusion layers 4 and 6 are not particularly limited, and known ones can be used in the same manner, for example, those made of a sheet-like base material having conductivity and porosity such as carbon woven fabric, felt, and non-woven fabric. Can be mentioned.
前記基材の厚さは、得られる拡散層4、6の特性を考慮して適宜決定されるが、30μm〜500μm程度とすれば良い。拡散層4、6の厚さがあまり薄いと、十分な機械的強度などが得られない恐れがあり、逆にその厚さがあまり厚いとガスや水などが透過する距離が長くなり望ましくない。したがって、拡散層4、6の厚さは、前記範囲とした。好ましい基材の厚さは35μm〜480μmであり、より好ましくは40μm〜450μmである。
The thickness of the base material is appropriately determined in consideration of the characteristics of the obtained
前記基材には、撥水性をより高めて、発電によって生成する水が触媒層の内部から排出されずに水詰まりを起こし、いわゆるフラッディング現象などを防ぐことを目的として、撥水剤を含んでいるのが好ましい。前記撥水剤としては、特に限定されないが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP) などのフッ素系の高分子材料などが挙げられる。 The base material contains a water repellent for the purpose of further improving water repellency, causing water generated by power generation to be clogged without being discharged from the inside of the catalyst layer, and preventing a so-called flooding phenomenon. It is preferable. Although it does not specifically limit as said water repellent, Fluorine-type, such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyhexafluoropropylene, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), etc. Examples include polymer materials.
また、撥水性をより向上させるために、拡散層4、6は、基材上、触媒層5、7との中間に撥水剤を含むカーボン粒子の集合体からなるカーボン粒子層を有するものであっても良い。 In order to further improve the water repellency, the diffusion layers 4 and 6 have a carbon particle layer made of an aggregate of carbon particles containing a water repellent agent in the middle of the catalyst layers 5 and 7 on the substrate. There may be.
前記カーボン粒子としては、特に限定されず、カーボンブラック、グラファイトなどの従来一般的なものであればよい。なかでも、電子伝導性に優れ、比表面積が大きいことから、オイルファーネスブラック、チャネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックが好ましく挙げられる。 The carbon particles are not particularly limited, and may be conventional ones such as carbon black and graphite. Of these, carbon blacks such as oil furnace black, channel black, lamp black, thermal black, and acetylene black are preferred because of their excellent electron conductivity and large specific surface area.
カーボン粒子層に用いられる撥水剤としては、前記基材に用いられる撥水剤と同様のものが挙げられる。なかでも、撥水性、電極反応時の耐食性などに優れることから、フッ素系の高分子材料が好ましく用いられる。 Examples of the water repellent used for the carbon particle layer include the same water repellent used for the substrate. Of these, fluorine-based polymer materials are preferably used because of their excellent water repellency and corrosion resistance during electrode reaction.
前記カーボン粒子層におけるカーボン粒子と、撥水剤との混合比は、カーボン粒子が多過ぎると撥水性が十分に得られない恐れがあり、撥水剤が多過ぎると電子伝導性が低下する恐れがある。これらを考慮して、カーボン層におけるカーボン粒子と撥水剤との混合比は、質量比で、90:10〜30:70とするのが良い。 The mixing ratio of the carbon particles and the water repellent in the carbon particle layer is that there is a possibility that water repellency may not be sufficiently obtained if there are too many carbon particles, and there is a risk that electronic conductivity will be reduced if there is too much water repellent. There is. Considering these, the mixing ratio of the carbon particles and the water repellent in the carbon layer is preferably 90:10 to 30:70 in terms of mass ratio.
前記カーボン粒子層の厚さは、得られるガス拡散層の撥水性を考慮して適宜決定すればよいが、好ましくは1〜100μm、より好ましくは5〜50μmとするのが良い。 The thickness of the carbon particle layer may be appropriately determined in consideration of the water repellency of the obtained gas diffusion layer, but is preferably 1 to 100 μm, more preferably 5 to 50 μm.
本発明の実施形態のMEA12 に用いられる高分子電解質膜1としては、特に限定されず、電極触媒層に用いたものと同様の高分子電解質からなる膜が挙げられる。また、ナフィオン(Nafion:デュポン社登録商標)等に代表されるパーフルオロスルホン酸膜が挙げられる。
The
前記高分子電解質膜1の厚さは、得られるMEA12の特性を考慮して適宜決定すれば良いが、好ましくは5〜300μm、より好ましくは10〜150μmのものが使用される。製膜時の強度やMEA12作動時の耐久性の観点から5μm以上であることが好ましく、MEA作動時の出力特性の観点から300μm以下であることが好ましい。
The thickness of the
アノードおよびカソードは公知の製法により形成することができる。 The anode and cathode can be formed by a known production method.
例えば、各構成材料を水やアルコールなどの有機溶媒に混合、分散して触媒スラリーとし、このスラリーを導電性多孔質シートに塗布、乾燥して各触媒層を形成する。分散方法は特に限定されるものではなく、ディソルバー、ボールミルなどが挙げられる。 For example, each constituent material is mixed and dispersed in an organic solvent such as water or alcohol to form a catalyst slurry, and this slurry is applied to a conductive porous sheet and dried to form each catalyst layer. The dispersion method is not particularly limited, and examples thereof include a dissolver and a ball mill.
また、例えば、触媒組成物を水に分散した分散液を導電性及び多孔質性を有するシート状の基材を介して通過することで触媒組成物を基材上に堆積させた後、高分子電解質溶液を含浸、乾燥して触媒層を形成する。触媒組成物を水に分散させるにはホモジナイザーなどが挙げられる。 In addition, for example, the catalyst composition is deposited on the base material by passing the dispersion liquid in which the catalyst composition is dispersed in water through the conductive and porous sheet-like base material, and then the polymer. The catalyst layer is formed by impregnating and drying the electrolyte solution. A homogenizer etc. are mentioned for disperse | distributing a catalyst composition in water.
高分子電解質膜1とアノード2およびカソード3との接合は、加熱、加圧できる装置を用いて実施される。一般的にはホットプレス機により行われる。その際のプレス温度は電極、電解質膜に結着剤として使用する高分子電解質のガラス転移温度以上であれば良く、一般には100〜400℃である。プレス圧は使用する電極の硬さに依存するが、通常、5〜200kg/cm2である。
The
以上のように、本発明の実施形態の膜電極接合体および燃料電池は、発電性能さらには耐久性がさらに向上することが可能となる。 As described above, the membrane electrode assembly and the fuel cell according to the embodiment of the present invention can further improve the power generation performance and durability.
本発明の実施形態の燃料電池は、上記では高分子電解質型燃料電池を例に挙げて説明したがこれに限定されず、ダイレクトメタノール燃料電池、リン酸型燃料電池に代表される酸型電解質の燃料電池など各種燃料電池に対して用いることができる。なかでも、高密度・高出力化が可能であるから、固体高分子型燃料電池に適用されるのが好ましい。 The fuel cell of the embodiment of the present invention has been described above by taking a polymer electrolyte fuel cell as an example, but is not limited thereto, and is not limited to this, and is an acid electrolyte represented by a direct methanol fuel cell and a phosphoric acid fuel cell. It can be used for various fuel cells such as fuel cells. Especially, since it is possible to achieve high density and high output, it is preferably applied to a polymer electrolyte fuel cell.
前記燃料電池は、定置用電源の他、搭載スペースが限定される自動車などの移動体用電源などとして有用である。なかでも、製造コストが低減され、かつ、発電性能に優れることから、自動車などの移動体用電源として用いられるのが特に好ましい。 The fuel cell is useful as a power source for a moving body such as an automobile having a limited mounting space in addition to a stationary power source. Among these, it is particularly preferable to use as a power source for a mobile body such as an automobile because the manufacturing cost is reduced and the power generation performance is excellent.
以下に、実施例および比較例によって本発明をより具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
<触媒および触媒組成物の作製>
(実施例1)
純水100mLに硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gと硝酸水溶液(HNO3、60wt%溶液)3mLを混合した溶液に、純水100mLに硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)2.4gを溶解した溶液を混合する。混合溶液を攪拌しながら100℃に加熱して水溶媒を除去し、得られた固体成分を120℃で12時間乾燥する。その後、固体成分を乳鉢で粉砕し、アルミナ坩堝内において昇温速度100℃/時で600℃まで加熱し、さらに600℃を1時間保持することによりコバルト酸化物担持硫酸ランタンを得る。
<Preparation of catalyst and catalyst composition>
Example 1
Lanthanum sulfate nonahydrate in
得られるコバルト酸化物担持硫酸ランタンについて、誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/La+S)は0.4であった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ランタン(La2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 The obtained cobalt oxide-supported lanthanum sulfate was analyzed by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP). As a result, the elemental ratio of cobalt element to the total of lanthanum element and sulfur element (Co / La + S) was 0.4. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) are converted into lanthanum sulfate (La 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次に、コバルト酸化物担持硫酸ランタンとケッチェンブラック((株)ライオン製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported lanthanum sulfate and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例2)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸セシウム8水和物(Ce2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸セリウムを得る。
(Example 2)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g cesium sulfate octahydrate (Ce 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) except for changing the 3g Example 1 Cobalt oxide-supporting cerium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、セリウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Ce+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸セシウム(Ce2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio (Co / Ce + S) of cobalt element to the total of cerium element and sulfur element was 0.4. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) were converted into cesium sulfate (Ce 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸セリウムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supporting cerium sulfate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例3)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸プラセオジム8水和物(Pr2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸プラセオジムを得る。
(Example 3)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g sulfuric acid praseodymium octahydrate (Pr 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) except for changing the 3g Example 1 A praseodymium sulfate-supported cobalt oxide is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、プラセオジム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Pr+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸プラセオジム(Pr2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio (Co / Pr + S) of cobalt element to the total of praseodymium element and sulfur element was 0.4. As a result of composition analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), the particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) were converted into praseodymium sulfate (Pr 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸プラセオジムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, praseodymium sulfate-supported cobalt oxide and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例4)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸ネオジム8水和物(Nd2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸ネオジムを得る。
Example 4
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g sulfate neodymium octahydrate (Nd 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) except for changing the 3g Example 1 A cobalt oxide-supported neodymium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ネオジム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Nd+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ネオジム(Nd2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio of cobalt element to the total of neodymium element and sulfur element (Co / Nd + S) was 0.4. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), the particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) were converted into neodymium sulfate (Nd 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸ネオジムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported neodymium sulfate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例5)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸サマリウム8水和物(Sm2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸サマリウムを得る。
(Example 5)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g sulfate samarium octahydrate (Sm 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) except for changing the 3g Example 1 Cobalt oxide-supported samarium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、サマリウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Sm+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸サマリウム(Sm2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio (Co / Sm + S) of cobalt element to the sum of samarium element and sulfur element was 0.4. Particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) were converted into samarium sulfate (Sm 2 (SO 4 ) 3 ) as a result of composition analysis by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸サマリウムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-carrying samarium sulfate and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例6)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸ユーロピウム8水和物(Eu2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸ユーロピウムを得る。
(Example 6)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g sulfuric acid europium octahydrate (Eu 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) except for changing the 3g Example 1 A cobalt oxide-supported europium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ユーロピウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Eu+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ユーロピウム(Eu2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio (Co / Eu + S) of cobalt element to the sum of europium element and sulfur element was 0.4. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) were converted into europium sulfate (Eu 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸ユーロピウムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, europium sulfate-supporting cobalt oxide and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例7)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸ガドリニウム8水和物(Gd2(SO4)3・8H2O)3gに変更した以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸ガドリニウムを得る。
(Example 7)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) , except that was changed to sulfate gadolinium octahydrate (Gd 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) 3g 3g to Example 1 A cobalt oxide-supported gadolinium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ガドリニウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Gd+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ガドリニウム(Gd2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio of cobalt element to the total of gadolinium element and sulfur element (Co / Gd + S) was 0.4. Particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) were converted into gadolinium sulfate (Gd 2 (SO 4 ) 3 ) as a result of composition analysis by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸ガドリニウムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported gadolinium sulfate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例8)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸テルビウム8水和物(Tb2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸テルビウムを得る。
(Example 8)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g sulfuric acid terbium octahydrate (Tb 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) except for changing the 3g Example 1 Cobalt oxide-supporting terbium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、テルビウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Tb+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸テルビウム(Tb2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio of cobalt element to the total of terbium element and sulfur element (Co / Tb + S) was 0.4. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) were converted into terbium sulfate (Tb 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸テルビウムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supporting terbium sulfate and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例9)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸ジスプロシウム8水和物(Dy2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸ジスプロシウムを得る。
Example 9
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g sulfate dysprosium octahydrate (Dy 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) except for changing the 3g Example 1 The cobalt oxide-supported dysprosium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ジスプロシウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Dy+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ジスプロシウム(Dy2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio (Co / Dy + S) of cobalt element to the total of dysprosium element and sulfur element was 0.4. Particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) were analyzed by dysprosium sulfate (Dy 2 (SO 4 ) 3 ) as a result of composition analysis by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸ジスプロシウムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, dysprosium sulfate-supporting cobalt oxide and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例10)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸ホルミウム8水和物(Ho2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸ホルミウムを得る。
(Example 10)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g sulfuric acid holmium octahydrate (Ho 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) except for changing the 3g Example 1 Cobalt oxide-supported holmium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ホルミウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Ho+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ホルミウム(Ho2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio of cobalt element to the total of holmium element and sulfur element (Co / Ho + S) was 0.4. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) were converted into holmium sulfate (Ho 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸ホルミウムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported holmium sulfate and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例11)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸エルビウム8水和物(Er2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸エルビウムを得る。
(Example 11)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g sulfate erbium octahydrate (Er 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) except for changing the 3g Example 1 Cobalt oxide-supported erbium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、エルビウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Er+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸エルビウム(Er2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio of cobalt element to the total of erbium element and sulfur element (Co / Er + S) was 0.4. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) are converted into erbium sulfate (Er 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸エルビウムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported erbium sulfate and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例12)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸ツリウム8水和物(Tm2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸ツリウムを得る。
(Example 12)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g sulfate thulium octahydrate (Tm 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) except for changing the 3g Example 1 Cobalt oxide-supported thulium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ツリウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Tm+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ツリウム(Tm2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio of cobalt element to the total of thulium element and sulfur element (Co / Tm + S) was 0.4. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) are converted into thulium sulfate (Tm 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸ツリウムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supporting thulium sulfate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例13)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸イッテルビウム8水和物(Yb2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸イッテルビウムを得る。
(Example 13)
Example 1 except that 3 g of lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4 ) 3 .9H 2 O) was changed to 3 g of ytterbium sulfate octahydrate (Yb 2 (SO 4 ) 3 .8H 2 O) Cobalt oxide-supported ytterbium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、イッテルビウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Yb+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸イッテルビウム(Yb2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio (Co / Yb + S) of cobalt element to the total of ytterbium element and sulfur element was 0.4. Particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) were analyzed by ytterbium sulfate (Yb 2 (SO 4 ) 3 ) as a result of composition analysis by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸イッテルビウムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported ytterbium sulfate and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例14)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸ルテチウム8水和物(Lu2(SO4)3・8H2O)3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸ルテチウムを得る。
(Example 14)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g sulfate lutetium octahydrate (Lu 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) except for changing the 3g Example 1 Cobalt oxide-supported lutetium sulfate is obtained by the same production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ルテチウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Lu+S)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ルテチウム(Lu2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio of cobalt element to the total of lutetium element and sulfur element (Co / Lu + S) was 0.4. Particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) were converted into lutetium sulfate (Lu 2 (SO 4 ) 3 ) as a result of composition analysis by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸ルテチウムとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported lutetium sulfate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例15)
硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)2.4gを硝酸鉄9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)3gと硝酸ニッケル6水和物(Ni(NO3)2・6H2O)0.2gに変更すること以外は実施例1と同様の製法により鉄酸化物−ニッケル酸化物担持硫酸ランタンを得る。
(Example 15)
Cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3) 2 · 6H 2 O) 2.4g of iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O) 3g and nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O) iron oxide in the same process as in example 1 except for changing the 0.2 g - obtain nickel oxide supported lanthanum sulfate.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素と硫黄元素の合計に対する鉄元素とニッケル元素の合計の元素比(Fe+Ni/La+S)は0.4で、鉄元素とニッケル元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ランタンに鉄酸化物とニッケル酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the ratio of the total of iron element and nickel element to the total of lanthanum element and sulfur element (Fe + Ni / La + S) is 0.4, and the element of iron element and nickel element The composition was 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed by transmission electron microscope image (TEM), iron oxide and nickel oxide are supported on lanthanum sulfate. Confirmed that it has been.
次に鉄酸化物−ニッケル酸化物担持硫酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, iron oxide-nickel oxide-supported lanthanum sulfate and Ketjen black (LCP, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例16)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)2.7gと硫酸セシウム8水和物(Ce2(SO4)3・8H2O)0.3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持ランタン−セリウム複合硫酸塩を得る。
(Example 16)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g of lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 2.7g and cesium sulfate octahydrate Cobalt oxide-supported lanthanum-cerium composite sulfate is obtained by the same production method as in Example 1, except that it is changed to (Ce 2 (SO 4 ) 3 · 8H 2 O) 0.3 g.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素とセリウム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/La+Ce+S)は0.4でランタン元素とセリウム元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、ランタン−セリウム複合硫酸塩にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio of cobalt element to the total of lanthanum element, cerium element, and sulfur element (Co / La + Ce + S) is 0.4, and the element composition of lanthanum element and cerium element is 0. .9: 0.1. Cobalt oxide is supported on lanthanum-cerium composite sulfate as a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed by transmission electron microscope image (TEM) Confirmed that it has been.
次にコバルト酸化物担持ランタン−セリウム複合硫酸塩とケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supporting lanthanum-cerium composite sulfate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例17)
硫酸ランタン9水和物(La2(SO4)3・9H2O)3gを硫酸プラセオジム8水和物(Pr2(SO4)3・8H2O)2.7gと硫酸ネオジム8水和物(Nd2(SO4)3・8H2O)0.3gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持プラセオジム−ネオジム複合硫酸塩を得る。
(Example 17)
Lanthanum sulfate nonahydrate (La 2 (SO 4) 3 · 9H 2 O) 3g sulfuric acid praseodymium octahydrate (Pr 2 (SO 4) 3 · 8H 2 O) 2.7g sulfate neodymium octahydrate A cobalt oxide-supported praseodymium-neodymium composite sulfate is obtained by the same production method as in Example 1 except that it is changed to (Nd 2 (SO 4 ) 3 · 8H 2 O) 0.3 g.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、プラセオジム元素とネオジム元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Pr+Nd+S)は0.4でプラセオジム元素とネオジム元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、プラセオジム−ネオジム複合硫酸塩にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio of cobalt element to the sum of praseodymium element, neodymium element, and sulfur element (Co / Pr + Nd + S) is 0.4, and the element composition of praseodymium element and neodymium element is 0. .9: 0.1. Cobalt oxide is supported on praseodymium-neodymium composite sulfate as a result of composition analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed by transmission electron microscope image (TEM) Confirmed that it has been.
次にコバルト酸化物担持プラセオジム−ネオジム複合硫酸塩とケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported praseodymium-neodymium composite sulfate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例18)
純水100mLに硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)7gを溶解した溶液に、純水100mLにホウ酸(H3BO3)1gを溶解した溶液を混合する。混合溶液を攪拌しながら100℃に加熱して水溶媒を除去し、得られた固体成分を120℃で12時間乾燥する。その後、固体成分を乳鉢で粉砕し、アルミナ坩堝内において昇温速度100℃/時で700℃まで加熱し、さらに700℃を1時間保持することによりホウ酸ランタン(LaBO3)を得る。
(Example 18)
A solution of 1 g of boric acid (H 3 BO 3 ) dissolved in 100 mL of pure water is mixed with a solution of 7 g of lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3 ) 3 .6H 2 O) dissolved in 100 mL of pure water. The mixed solution is heated to 100 ° C. with stirring to remove the water solvent, and the obtained solid component is dried at 120 ° C. for 12 hours. Thereafter, the solid component is pulverized in a mortar, heated to 700 ° C. at a heating rate of 100 ° C./hour in an alumina crucible, and further maintained at 700 ° C. for 1 hour to obtain lanthanum borate (LaBO 3 ).
純水100mLにホウ酸ランタン(LaBO3)3.2gを分散した溶液に、純水100mLに硝酸ニッケル6水和物(Ni(NO3)2・6H2O)3.8gを溶解した溶液を混合する。混合溶液を攪拌しながら100℃に加熱して水溶媒を除去し、得られた固体成分を120℃で12時間乾燥する。その後、固体成分を乳鉢で粉砕し、アルミナ坩堝内において昇温速度100℃/時で600℃まで加熱し、さらに600℃を1時間保持することによりニッケル酸化物担持ホウ酸ランタンを得る。 Boric lanthanum (LaBO 3) 3.2 g in the dispersion solution in pure water 100mL, a solution of nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O) 3.8g of pure water 100mL Mix. The mixed solution is heated to 100 ° C. with stirring to remove the water solvent, and the obtained solid component is dried at 120 ° C. for 12 hours. Thereafter, the solid component is pulverized in a mortar, heated to 600 ° C. at a temperature rising rate of 100 ° C./hour in an alumina crucible, and further maintained at 600 ° C. for 1 hour to obtain nickel oxide-supported lanthanum borate.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素とホウ素元素の合計に対するニッケル元素の元素比(Ni/La+B)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、ホウ酸ランタン(LaBO3)にニッケル酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio (Ni / La + B) of nickel element to the total of lanthanum element and boron element was 0.4. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), nickel oxide was found in lanthanum borate (LaBO 3 ). It was confirmed that it was supported.
次に、ニッケル酸化物担持ホウ酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, nickel oxide-supported lanthanum borate and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例19)
硝酸ニッケル6水和物(Ni(NO3)2・6H2O)3.8gを硝酸マンガン6水和物(Mn(NO3)2・6H2O)3.3gと硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)0.4gに変更すること以外は実施例18と同様の製法によりマンガン酸化物−コバルト酸化物担持ホウ酸ランタンを得る。
(Example 19)
Nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) 3.8 g, manganese nitrate hexahydrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) 3.3 g and cobalt nitrate hexahydrate Manganese oxide-cobalt oxide-supported lanthanum borate is obtained by the same manufacturing method as in Example 18 except that the amount is changed to 0.4 g of (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O).
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素とホウ素元素の合計に対するマンガン元素とコバルト元素の合計の元素比(Mn+Co/La+B)は0.4で、マンガン元素とコバルト元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、ホウ酸ランタン(LaBO3)にマンガン酸化物とコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the ratio of the total of manganese element and cobalt element to the total of lanthanum element and boron element (Mn + Co / La + B) is 0.4, and the element of manganese element and cobalt element The composition was 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), manganese oxide and lanthanum borate (LaBO 3 ) It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次に、マンガン酸化物−コバルト酸化物担持ホウ酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, manganese oxide-cobalt oxide-supported lanthanum borate and Ketjen Black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例20)
硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)7gを硝酸サマリウム6水和物(Sm(NO3)3・6H2O)6.3gと硝酸ユーロピウム6水和物(Eu(NO3)3・6H2O)0.7gに変更すること以外は実施例18と同様の製法によりサマリウム−ユーロピウム複合ホウ酸塩を得る。
(Example 20)
Lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 7g of samarium nitrate hexahydrate (Sm (NO 3) 3 · 6H 2 O) 6.3g and europium nitrate hexahydrate (Eu obtaining a europium complex borate - (NO 3) 3 · 6H 2 O) except for changing the 0.7g samarium by the same process as in example 18.
ホウ酸ランタン(LaBO3)3.2gをサマリウム−ユーロピウム複合ホウ酸塩3.3gに、硝酸ニッケル6水和物(Ni(NO3)2・6H2O)3.8gを硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)3.7gに変更した以外は実施例18と同様の製法によりコバルト酸化物担持サマリウム−ユーロピウム複合ホウ酸塩を得る。
Lanthanum borate (LaBO 3) 3.2 g of samarium - europium complex borate 3.3 g, nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O) 3.8g of
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、サマリウム元素とユーロピウム元素とホウ素元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Sm+Eu+B)は0.4で、サマリウム元素とユーロピウム元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、サマリウム−ユーロピウム複合ホウ酸塩にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio of cobalt element to the sum of samarium element, europium element and boron element (Co / Sm + Eu + B) is 0.4, and the elemental composition of samarium element and europium element is 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of the particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), cobalt oxide is found in samarium-europium complex borate. It was confirmed that it was supported.
次に、コバルト酸化物担持サマリウム−ユーロピウム複合ホウ酸塩とケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supporting samarium-europium complex borate and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例21)
硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)7gを硝酸ガドリニウム5水和物(Gd(NO3)3・5H2O)6.3gと硝酸テルビウム6水和物(Eu(NO3)3・6H2O)0.7gに変更すること以外は実施例18と同様の製法によりガドリニウム−テルビウム複合ホウ酸塩を得る。
(Example 21)
Lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 7g gadolinium nitrate pentahydrate (Gd (NO 3) 3 · 5H 2 O) 6.3g and terbium nitrate hexahydrate (Eu (NO 3 ) 3 · 6H 2 O) A gadolinium-terbium complex borate is obtained by the same production method as in Example 18 except that the amount is changed to 0.7 g.
ホウ酸ランタン(LaBO3)3.2gをガドリニウム−テルビウム複合ホウ酸塩3.5gに、硝酸ニッケル6水和物(Ni(NO3)2・6H2O)3.8gを硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)3.7gに変更した以外は実施例18と同様の製法によりコバルト酸化物担持ガドリニウム−テルビウム複合ホウ酸塩を得る。
Lanthanum borate (LaBO 3) 3.2 g of gadolinium - terbium complex borate 3.5 g, nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O) 3.8g of
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ガドリニウム元素とテルビウム元素とホウ素元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Gd+Tb+B)は0.4で、ガドリニウム元素とテルビウム元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、ガドリニウム−テルビウム複合ホウ酸塩にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio of cobalt element to the total of gadolinium element, terbium element and boron element (Co / Gd + Tb + B) is 0.4, and the elemental composition of gadolinium element and terbium element is 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of the particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), cobalt oxide was found in gadolinium-terbium complex borate. It was confirmed that it was supported.
次に、コバルト酸化物担持ガドリニウム−テルビウム複合ホウ酸塩とケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported gadolinium-terbium complex borate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例22)
純水100mLに硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)6gを溶解した溶液に、純水100mLにリン酸(H3PO4)1.6gを溶解した溶液を混合する。混合溶液を攪拌しながら100℃に加熱して水溶媒を除去し、得られた固体成分を120℃で12時間乾燥する。その後、固体成分を乳鉢で粉砕し、アルミナ坩堝内において昇温速度100℃/時で700℃まで加熱し、さらに700℃を1時間保持することによりリン酸ランタン(LaPO4)を得る。
(Example 22)
Lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 6g to a solution of pure water 100mL, mixed solution of phosphoric acid (H 3 PO 4) 1.6g of pure water 100mL To do. The mixed solution is heated to 100 ° C. with stirring to remove the water solvent, and the obtained solid component is dried at 120 ° C. for 12 hours. Thereafter, the solid component is pulverized in a mortar, heated to 700 ° C. at a heating rate of 100 ° C./hour in an alumina crucible, and further maintained at 700 ° C. for 1 hour to obtain lanthanum phosphate (LaPO 4).
純水100mLにリン酸ランタン(LaPO4)3.2gを分散した溶液に、純水100mLに硝酸鉄9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)4.5gを溶解した溶液を混合する。混合溶液を攪拌しながら100℃に加熱して水溶媒を除去し、得られた固体成分を120℃で12時間乾燥する。その後、固体成分を乳鉢で粉砕し、アルミナ坩堝内において昇温速度100℃/時で700℃まで加熱し、さらに700℃を1時間保持することにより鉄酸化物担持リン酸ランタンを得る。 Lanthanum phosphate (LaPO 4) 3.2 g to disperse solution in pure water 100mL, a solution prepared by dissolving iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O) 4.5g of pure water 100mL Mix. The mixed solution is heated to 100 ° C. with stirring to remove the water solvent, and the obtained solid component is dried at 120 ° C. for 12 hours. Thereafter, the solid component is pulverized in a mortar, heated to 700 ° C. at a heating rate of 100 ° C./hour in an alumina crucible, and further maintained at 700 ° C. for 1 hour to obtain iron oxide-supported lanthanum phosphate.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素とリン元素の合計に対する鉄元素の元素比(Fe/La+P)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、リン酸ランタン(LaPO4)に鉄酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio (Fe / La + P) of iron to the total of lanthanum and phosphorus was 0.4. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), iron oxide was found in lanthanum phosphate (LaPO 4 ). It was confirmed that it was supported.
次に、鉄酸化物担持リン酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, iron oxide-supported lanthanum phosphate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例23)
硝酸鉄9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)4.5gを硝酸ニッケル6水和物(Ni(NO3)2・6H2O)2.9gと硝酸マンガン6水和物(Mn(NO3)2・6H2O)0.3gに変更すること以外は実施例22と同様の製法によりニッケル酸化物−マンガン酸化物担持リン酸ランタンを得る。
(Example 23)
Iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O) 4.5g of nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3) 2 · 6H 2 O) 2.9g manganese nitrate hexahydrate Nickel oxide-manganese oxide-supported lanthanum phosphate is obtained by the same manufacturing method as in Example 22 except that it is changed to 0.3 g of (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O).
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素とリン元素の合計に対するニッケル元素とマンガン元素の合計の元素比(Ni+Mn/La+P)は0.4で、ニッケル元素とマンガン元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、リン酸ランタン(LaPO4)にニッケル酸化物とマンガン酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the ratio of the sum of nickel element and manganese element to the sum of lanthanum element and phosphorus element (Ni + Mn / La + P) is 0.4, and the elements of nickel element and manganese element The composition was 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), nickel oxide and lanthanum phosphate (LaPO 4 ) It was confirmed that manganese oxide was supported.
次に、ニッケル酸化物−マンガン酸化物担持リン酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, nickel oxide-manganese oxide-supported lanthanum phosphate and Ketjen Black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例24)
硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)6gを硝酸ジスプロシウム5水和物(Dy(NO3)3・5H2O)5.4gと硝酸ホルミウム5水和物(Ho(NO3)3・5H2O)0.6gに変更すること以外は実施例22と同様の製法によりジスプロシウム−ホルミウム複合リン酸塩を得る。
(Example 24)
Lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 6g of dysprosium nitrate pentahydrate (Dy (NO 3) 3 · 5H 2 O) 5.4g and holmium nitrate pentahydrate (Ho obtain holmium complex phosphate - (NO 3) 3 · 5H 2 O) except for changing the 0.6g dysprosium in the same process as in example 22.
リン酸ランタン(LaPO4)3.2gをジスプロシウム−ホルミウム複合リン酸塩3.5gに、硝酸鉄9水和物(Ni(NO3)3・9H2O)4.5gを硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)3.2gに変更した以外は実施例22と同様の製法によりコバルト酸化物担持ジスプロシウム−ホルミウム複合リン酸塩を得る。
Lanthanum phosphate (LaPO 4) 3.2 g of dysprosium - the holmium complex phosphate 3.5 g, iron nitrate nonahydrate (Ni (NO 3) 3 · 9H 2 O) 4.5g of
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ジスプロシウム元素とホルミウム元素とリン元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Dy+Ho+P)は0.4で、ジスプロシウム元素とホルミウム元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、ジスプロシウム−ホルミウム複合リン酸塩にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio of cobalt element to the total of dysprosium element, holmium element and phosphorus element (Co / Dy + Ho + P) is 0.4, and the elemental composition of dysprosium element and holmium element is 0.9: 0.1. As a result of composition analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of the particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), cobalt oxide is added to the dysprosium-holmium complex phosphate. It was confirmed that it was supported.
次に、コバルト酸化物担持ジスプロシウム−ホルミウム複合リン酸塩とケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported dysprosium-holmium complex phosphate and ketjen black (manufactured by Lion, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例25)
硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)6gを硝酸エルビウム5水和物(Er(NO3)3・5H2O)5.4gと硝酸ツリウム4水和物(Tm(NO3)3・4H2O)0.6gに変更すること以外は実施例22と同様の製法によりエルビウム−ツリウム複合リン酸塩を得る。
(Example 25)
Lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 6g of erbium nitrate pentahydrate (Er (NO 3) 3 · 5H 2 O) 5.4g and thulium nitrate tetrahydrate (Tm An erbium-thulium complex phosphate is obtained by the same production method as in Example 22 except that (NO 3 ) 3 · 4H 2 O) is changed to 0.6 g.
リン酸ランタン(LaPO4)3.2gをエルビウム−ツリウム複合リン酸塩3.6gに、硝酸鉄9水和物(Ni(NO3)3・9H2O)4.5gを硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)3.2gに変更した以外は実施例22と同様の製法によりコバルト酸化物担持エルビウム−ツリウム複合リン酸塩を得る。
Lanthanum phosphate (LaPO 4) 3.2 g of erbium - thulium complex in phosphate 3.6 g, iron nitrate nonahydrate (Ni (NO 3) 3 · 9H 2 O) 4.5g of
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、エルビウム元素とツリウム元素とリン元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Er+Tm+P)は0.4で、エルビウム元素とツリウム元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、エルビウム−ツリウム複合リン酸塩にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio of cobalt element to the sum of erbium element, thulium element and phosphorus element (Co / Er + Tm + P) is 0.4, and the elemental composition of erbium element and thulium element is 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), cobalt oxide is added to erbium-thulium complex phosphate. It was confirmed that it was supported.
次に、コバルト酸化物担持エルビウム−ツリウム複合リン酸塩とケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supporting erbium-thulium complex phosphate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例26)
純水100mLに硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)5.7gを溶解した溶液に、純水100mLにパラモリブデン酸アンモニウム((NH4)6Mo7O24・4H2O)3.5gを溶解した溶液を混合する。混合溶液を攪拌しながら80℃で4時間の加熱した後、ろ過して得られた固体成分を120℃で4時間乾燥する。その後、固体成分を乳鉢で粉砕し、アルミナ坩堝内において昇温速度100℃/時で600℃まで加熱し、さらに600℃を1時間保持することによりモリブデン酸ランタン(La2(MoO4)3)を得る。
(Example 26)
To a solution of lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 5.7g of pure water 100 mL, ammonium paramolybdate in pure water 100mL ((NH 4) 6 Mo 7 O 24 · A solution in which 3.5 g of 4H 2 O is dissolved is mixed. After heating the mixed solution at 80 ° C. for 4 hours while stirring, the solid component obtained by filtration is dried at 120 ° C. for 4 hours. Thereafter, the solid component is pulverized in a mortar, heated to 600 ° C. at a rate of temperature increase of 100 ° C./hour in an alumina crucible, and further maintained at 600 ° C. for 1 hour to lanthanum molybdate (La 2 (MoO 4 ) 3 ). Get.
純水100mLにモリブデン酸ランタン(La2(MoO4)3)5gを分散した溶液に、純水100mLに硝酸マンガン6水和物(Mn(NO3)2・6H2O)3.8gを溶解した溶液を混合する。混合溶液を攪拌しながら100℃に加熱して水溶媒を除去し、得られた固体成分を120℃で12時間乾燥する。その後、固体成分を乳鉢で粉砕し、アルミナ坩堝内において昇温速度100℃/時で600℃まで加熱し、さらに600℃を1時間保持することによりマンガン酸化物担持モリブデン酸ランタンを得る。 Molybdate lanthanum (La 2 (MoO 4) 3 ) and 5g of dispersed solution in purified water 100 mL, manganese nitrate hexahydrate in pure water 100mL (Mn (NO 3) 2 · 6H 2 O) dissolved 3.8g Mix the prepared solution. The mixed solution is heated to 100 ° C. with stirring to remove the water solvent, and the obtained solid component is dried at 120 ° C. for 12 hours. Thereafter, the solid component is pulverized in a mortar, heated to 600 ° C. at a temperature rising rate of 100 ° C./hour in an alumina crucible, and further maintained at 600 ° C. for 1 hour to obtain manganese oxide-supported lanthanum molybdate.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素とモリブデン元素の合計に対するマンガン元素の元素比(Mn/La+Mo)は0.4だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、モリブデン酸ランタン(La2(MoO4)3)にマンガン酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio (Mn / La + Mo) of manganese element to the total of lanthanum element and molybdenum element was 0.4. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), lanthanum molybdate (La 2 (MoO 4 ) 3 ) It was confirmed that manganese oxide was supported on the surface.
次に、マンガン酸化物担持モリブデン酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, manganese oxide-supported lanthanum molybdate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例27)
硝酸マンガン6水和物(Mn(NO3)2・6H2O)3.8gを硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)3.5gと硝酸鉄9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)0.5gに変更すること以外は実施例26と同様の製法によりコバルト酸化物−鉄酸化物担持モリブデン酸ランタンを得る。
(Example 27)
Manganese nitrate hexahydrate (Mn (NO 3) 2 · 6H 2 O) 3.8g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3) 2 · 6H 2 O) 3.5g iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O) cobalt oxide by the same process as in example 26 except for changing the 0.5 g - obtain iron oxide-supported molybdenum lanthanum.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素とモリブデン元素の合計に対するコバルト元素と鉄元素の合計の元素比(Co+Fe/La+Mo)は0.4で、コバルト元素と鉄元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、モリブデン酸ランタン(La2(MoO4)3)にコバルト酸化物と鉄酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio of cobalt element and iron element to the total of lanthanum element and molybdenum element (Co + Fe / La + Mo) is 0.4, and elements of cobalt element and iron element The composition was 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), lanthanum molybdate (La 2 (MoO 4 ) 3 ) It was confirmed that cobalt oxide and iron oxide were supported on the surface.
次に、コバルト酸化物−鉄酸化物担持モリブデン酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-iron oxide-supported lanthanum molybdate and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例28)
硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)5.7gを硝酸イッテルビウム3水和物(Yb(NO3)3・3H2O)4.9gと硝酸ルテチウム3水和物(Lu(NO3)3・3H2O)0.6gに変更すること以外は実施例26と同様の製法によりイッテルビウム−ルテチウム複合モリブデン酸塩を得る。
(Example 28)
Lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 5.7g a ytterbium nitrate trihydrate (Yb (NO 3) 3 · 3H 2 O) 4.9g nitrate lutetium trihydrate An ytterbium-lutetium complex molybdate is obtained by the same production method as in Example 26 except that the amount is changed to 0.6 (Lu (NO 3 ) 3 .3H 2 O).
モリブデン酸ランタン(La2(MoO4)3)5gをイッテルビウム−ルテチウム複合モリブデン酸塩5.5gに、硝酸マンガン6水和物(Mn(NO3)2・6H2O)3.8gを硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)3.9gに変更した以外は実施例26と同様の製法によりコバルト酸化物担持イッテルビウム−ルテチウム複合モリブデン酸塩を得る。 5 g of lanthanum molybdate (La 2 (MoO 4 ) 3 ) is added to 5.5 g of ytterbium-lutetium complex molybdate, and 3.8 g of manganese nitrate hexahydrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) is added to cobalt nitrate. A cobalt oxide-supported ytterbium-lutetium composite molybdate is obtained in the same manner as in Example 26 except that the amount is changed to 3.9 g of hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O).
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、イッテルビウム元素とルテチウム元素とモリブデン元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Yb+Lu+Mo)は0.4で、イッテルビウム元素とルテチウム元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、イッテルビウム−ルテチウム複合モリブデン酸塩にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio of cobalt element to the total of ytterbium element, lutetium element and molybdenum element (Co / Yb + Lu + Mo) is 0.4, and the elemental composition of ytterbium element and lutetium element is 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of the particles observed by transmission electron microscope image (TEM), cobalt oxide is added to ytterbium-lutetium complex molybdate. It was confirmed that it was supported.
次に、コバルト酸化物担持イッテルビウム−ルテチウム複合モリブデン酸塩とケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported ytterbium-lutetium composite molybdate and ketjen black (manufactured by Lion, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例29)
硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)5.7gを硝酸テルビウム6水和物(Tb(NO3)3・6H2O)5.4gと硝酸プラセオジム6水和物(Pr(NO3)3・6H2O)0.6gに変更すること以外は実施例26と同様の製法によりテルビウム−プラセオジム複合モリブデン酸塩を得る。
(Example 29)
Lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 5.7g a terbium nitrate hexahydrate (Tb (NO 3) 3 · 6H 2 O) 5.4g and praseodymium nitrate hexahydrate A terbium-praseodymium complex molybdate is obtained by the same production method as in Example 26 except that the amount is changed to 0.6 (Pr (NO 3 ) 3 .6H 2 O).
モリブデン酸ランタン(La2(MoO4)3)5gをイッテルビウム−ルテチウム複合モリブデン酸塩5.3gに、硝酸マンガン6水和物(Mn(NO3)2・6H2O)3.8gを硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)3.8gに変更した以外は実施例26と同様の製法によりコバルト酸化物担持テルビウム−プラセオジム複合モリブデン酸塩を得る。 5 g of lanthanum molybdate (La 2 (MoO 4 ) 3 ) is added to 5.3 g of ytterbium-lutetium complex molybdate, and 3.8 g of manganese nitrate hexahydrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) is added to cobalt nitrate. A cobalt oxide-supported terbium-praseodymium composite molybdate is obtained by the same production method as in Example 26 except that the amount is changed to 3.8 g of hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O).
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、テルビウム元素とプラセオジム元素とモリブデン元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Tb+Pr+Mo)は0.4で、テルビウム元素とプラセオジム元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、テルビウム−プラセオジム複合モリブデン酸塩にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio of cobalt element to the total of terbium element, praseodymium element and molybdenum element (Co / Tb + Pr + Mo) is 0.4, and the elemental composition of terbium element and praseodymium element is 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of the particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), cobalt oxide was added to terbium-praseodymium composite molybdate. It was confirmed that it was supported.
次に、コバルト酸化物担持テルビウム−プラセオジム複合モリブデン酸塩とケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supporting terbium-praseodymium composite molybdate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例30)
純水100mLに硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)4.2gを溶解した溶液に、純水100mLにメタタングステン酸アンモニウム((NH4)6[H2W12O40]・6H2O)3.8gを溶解した溶液を混合する。混合溶液を攪拌しながら100℃に加熱して水溶媒を除去し、得られた固体成分を120℃で12時間乾燥する。その後、固体成分を乳鉢で粉砕し、アルミナ坩堝内において昇温速度100℃/時で900℃まで加熱し、さらに900℃を1時間保持することによりタングステン酸ランタン(La2(WO4)3)を得る。
(Example 30)
To a solution of lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 4.2g of pure water 100mL, pure water 100mL Ammonium metatungstate ((NH 4) 6 [H 2 W 12 (O 40 ] · 6H 2 O) A solution in which 3.8 g is dissolved is mixed. The mixed solution is heated to 100 ° C. with stirring to remove the water solvent, and the obtained solid component is dried at 120 ° C. for 12 hours. Thereafter, the solid component is pulverized in a mortar, heated to 900 ° C. at a temperature rising rate of 100 ° C./hour in an alumina crucible, and further maintained at 900 ° C. for 1 hour, whereby lanthanum tungstate (La 2 (WO 4 ) 3 ) Get.
純水100mLにタングステン酸ランタン(La2(WO4)3)5gを分散した溶液に、純水100mLに硝酸鉄9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)3.6gと硝酸マンガン6水和物(Mn(NO3)2・6H2O)0.3gを溶解した溶液を混合した。混合溶液を攪拌しながら100℃に加熱して水溶媒を除去し、得られた固体成分を120℃で12時間乾燥した。その後、固体成分を乳鉢で粉砕し、アルミナ坩堝内において昇温速度100℃/時で600℃まで加熱し、さらに700℃を1時間保持することにより鉄酸化物−マンガン酸化物担持タングステン酸ランタンを得る。 Tungstate lanthanum (La 2 (WO 4) 3 ) and 5g of dispersed solution in purified water 100 mL, iron nitrate nonahydrate in pure water 100mL (Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O) 3.6g nitrate A solution in which 0.3 g of manganese hexahydrate (Mn (NO 3 ) 2 .6H 2 O) was dissolved was mixed. The mixed solution was heated to 100 ° C. with stirring to remove the water solvent, and the obtained solid component was dried at 120 ° C. for 12 hours. Thereafter, the solid component is pulverized in a mortar, heated to 600 ° C. at a rate of temperature increase of 100 ° C./hour in an alumina crucible, and further maintained at 700 ° C. for 1 hour, whereby iron oxide-manganese oxide-supported lanthanum tungstate is obtained. obtain.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素とタングステン元素の合計に対する鉄元素とマンガン元素の合計の元素比(Fe+Mn/La+W)は0.4で、鉄元素とマンガン元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、タングステン酸ランタン(La2(WO4)3)に鉄酸化物とマンガン酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the ratio of the total of iron element and manganese element to the total of lanthanum element and tungsten element (Fe + Mn / La + W) is 0.4, and the element of iron element and manganese element The composition was 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), lanthanum tungstate (La 2 (WO 4 ) 3 ) It was confirmed that iron oxide and manganese oxide were supported on the surface.
次に、鉄酸化物−マンガン酸化物担持タングステン酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, iron oxide-manganese oxide-supported lanthanum tungstate and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例31)
硝酸鉄9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)3.6gと硝酸マンガン6水和物(Mn(NO3)2・6H2O)0.3gを硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)2.6gと硝酸ニッケル6水和物(Ni(NO3)2・6H2O)0.3gに変更すること以外は実施例30と同様の製法によりコバルト酸化物−ニッケル酸化物担持タングステン酸ランタンを得る。
(Example 31)
Iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O) 3.6g manganese nitrate hexahydrate (Mn (NO 3) 2 · 6H 2 O) 0.3g of cobalt nitrate hexahydrate The same production method as in Example 30 except that 2.6 g of (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) and 0.3 g of nickel nitrate hexahydrate (Ni (NO 3 ) 2 .6H 2 O) were changed. To obtain cobalt oxide-nickel oxide-supported lanthanum tungstate.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素とタングステン元素の合計に対するコバルト元素とニッケル元素の合計の元素比(Co+Ni/La+W)は0.4で、コバルト元素とニッケル元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、タングステン酸ランタン(La2(WO4)3)にコバルト酸化物とニッケル酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio of the total of cobalt element and nickel element to the total of lanthanum element and tungsten element (Co + Ni / La + W) is 0.4, and the element of cobalt element and nickel element The composition was 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), lanthanum tungstate (La 2 (WO 4 ) 3 ) It was confirmed that cobalt oxide and nickel oxide were supported on the surface.
次に、コバルト酸化物−ニッケル酸化物担持タングステン酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-nickel oxide-supported lanthanum tungstate and Ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例32)
硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)4.2gを硝酸ネオジム6水和物(Nd(NO3)3・6H2O)3.8gと硝酸サマリウム6水和物(Sm(NO3)3・6H2O)0.4gに変更すること以外は実施例30と同様の製法によりネオジム−サマリウム複合タングステン酸塩を得る。
(Example 32)
Lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 4.2g neodymium nitrate hexahydrate (Nd (NO 3) 3 · 6H 2 O) 3.8g and samarium nitrate hexahydrate A neodymium-samarium composite tungstate is obtained by the same production method as in Example 30, except that it is changed to 0.4 g of (Sm (NO 3 ) 3 · 6H 2 O).
タングステン酸ランタン(La2(WO4)3)5gをネオジム−サマリウム複合タングステン酸塩5gに、硝酸鉄9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)3.6gと硝酸マンガン6水和物(Mn(NO3)2・6H2O)0.3gを硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)2.8gに変更した以外は実施例30と同様の製法によりコバルト酸化物担持ネオジム−サマリウム複合タングステン酸塩を得る。 Tungstate lanthanum (La 2 (WO 4) 3 ) 5g neodymium - samarium composite tungstate 5g, iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O) 3.6g manganese nitrate hexahydrate dihydrate (Mn (NO 3) 2 · 6H 2 O) 0.3g cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3) 2 · 6H 2 O) was changed to 2.8g similar to example 30 A cobalt oxide-supported neodymium-samarium composite tungstate is obtained by the production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ネオジム元素とサマリウム元素とタングステン元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Nd+Sm+W)は0.4で、ネオジム元素とサマリウム元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、ネオジム−サマリウム複合タングステン酸塩にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio of cobalt element to the total of neodymium element, samarium element and tungsten element (Co / Nd + Sm + W) is 0.4, and the elemental composition of neodymium element and samarium element is 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), cobalt oxide is added to neodymium-samarium composite tungstate. It was confirmed that it was supported.
次に、コバルト酸化物担持ネオジム−サマリウム複合タングステン酸塩とケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported neodymium-samarium complex tungstate and ketjen black (manufactured by Lion, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例33)
硝酸ランタン6水和物(La(NO3)3・6H2O)4.2gを硝酸ユーロピウム6水和物(Eu(NO3)3・6H2O)3.8gと硝酸ガドリニウム5水和物(Gd(NO3)3・5H2O)0.4gに変更すること以外は実施例30と同様の製法によりユーロピウム−ガドリニウム複合タングステン酸塩を得る。
(Example 33)
Lanthanum nitrate hexahydrate (La (NO 3) 3 · 6H 2 O) 4.2g a europium nitrate hexahydrate (Eu (NO 3) 3 · 6H 2 O) 3.8g and gadolinium nitrate pentahydrate Europium-gadolinium complex tungstate is obtained by the same production method as in Example 30 except that it is changed to 0.4 g of (Gd (NO 3 ) 3 .5H 2 O).
タングステン酸ランタン(La2(WO4)3)5gをユーロピウム−ガドリニウム複合タングステン酸塩5gに、硝酸鉄9水和物(Fe(NO3)3・9H2O)3.6gと硝酸マンガン6水和物(Mn(NO3)2・6H2O)0.3gを硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)2.8gに変更した以外は実施例30と同様の製法によりコバルト酸化物担持ユーロピウム−ガドリニウム複合タングステン酸塩を得る。 Tungstate lanthanum (La 2 (WO 4) 3 ) 5g europium - gadolinium complex tungstate 5g, iron nitrate nonahydrate (Fe (NO 3) 3 · 9H 2 O) 3.6g manganese nitrate hexahydrate dihydrate (Mn (NO 3) 2 · 6H 2 O) 0.3g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3) 2 · 6H 2 O) was changed to 2.8g similar to example 30 A cobalt oxide-supported europium-gadolinium composite tungstate is obtained by the production method.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ユーロピウム元素とガドリニウム元素とタングステン元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/Eu+Gd+W)は0.4で、ユーロピウム元素とガドリニウム元素の元素組成は0.9:0.1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、ユーロピウム−ガドリニウム複合タングステン酸塩にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio of cobalt element to the sum of europium element, gadolinium element and tungsten element (Co / Eu + Gd + W) is 0.4, and the elemental composition of europium element and gadolinium element is 0.9: 0.1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD) of particles observed with a transmission electron microscope image (TEM), cobalt oxide is present in europium-gadolinium composite tungstate. It was confirmed that it was supported.
次に、コバルト酸化物担持ユーロピウム−ガドリニウム複合タングステン酸塩とケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported europium-gadolinium composite tungstate and ketjen black (manufactured by Lion, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例34)
硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)2.4gを12gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸ランタンを得る。
(Example 34)
Cobalt oxide-supported lanthanum sulfate is obtained by the same production method as in Example 1 except that 2.4 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) is changed to 12 g.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/La+S)は2だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ランタン(La2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio (Co / La + S) of cobalt element to the total of lanthanum element and sulfur element was 2. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) are converted into lanthanum sulfate (La 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported lanthanum sulfate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例35)
硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)2.4gを6gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸ランタンを得る。
(Example 35)
Cobalt oxide-supported lanthanum sulfate is obtained by the same production method as in Example 1 except that 2.4 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) is changed to 6 g.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/La+S)は1だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ランタン(La2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio (Co / La + S) of cobalt element to the total of lanthanum element and sulfur element was 1. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) are converted into lanthanum sulfate (La 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported lanthanum sulfate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例36)
硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)2.4gを1.2gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸ランタンを得る。
(Example 36)
Cobalt oxide-supported lanthanum sulfate is obtained by the same production method as in Example 1 except that 2.4 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) is changed to 1.2 g.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/La+S)は0.2だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ランタン(La2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the elemental ratio of cobalt element to the total of lanthanum element and sulfur element (Co / La + S) was 0.2. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) are converted into lanthanum sulfate (La 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported lanthanum sulfate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例37)
硝酸コバルト6水和物(Co(NO3)2・6H2O)2.4gを0.06gに変更すること以外は実施例1と同様の製法によりコバルト酸化物担持硫酸ランタンを得る。
(Example 37)
Cobalt oxide-supported lanthanum sulfate is obtained by the same production method as in Example 1 except that 2.4 g of cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O) is changed to 0.06 g.
誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析の結果、ランタン元素と硫黄元素の合計に対するコバルト元素の元素比(Co/La+S)は0.01だった。透過型電子顕微鏡像(TEM)で観察した粒子をエネルギー分散型X線分光分析(EDS)による組成分析や粉末X線回折分析(XRD)の結果、硫酸ランタン(La2(SO4)3)にコバルト酸化物が担持されていることを確認した。 As a result of analysis by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP), the element ratio (Co / La + S) of cobalt element to the total of lanthanum element and sulfur element was 0.01. As a result of compositional analysis by energy dispersive X-ray spectroscopic analysis (EDS) and powder X-ray diffraction analysis (XRD), particles observed with a transmission electron microscope image (TEM) are converted into lanthanum sulfate (La 2 (SO 4 ) 3 ). It was confirmed that cobalt oxide was supported.
次にコバルト酸化物担持硫酸ランタンとケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 Next, cobalt oxide-supported lanthanum sulfate and ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
(実施例38)
ケッチェンブラック(ライオン社製、ECP)2.7gを80℃に設定した1000mLの純水に分散させ、そこに塩化白金酸水溶液(Pt換算で0.3g相当)100mLを混合し、ついで5wt%炭酸水素ナトリウム水溶液を2mL/minの速度で滴下して、溶液のpHを7〜8とした後、1時間、攪拌し続ける。次いで、反応溶液をろ過し、得られる固体生成物は0.3wt%硫酸水溶液1000mL、純水1000mLの順に分散し、各溶液で煮沸洗浄を30分間行う。洗浄溶液をろ過して固体生成物を回収した後、大気中、100℃で一晩、乾燥する。得られる固体生成物を粉砕し、100%水素ガス気流中、400度で1時間の還元処理を行い、Ptで担持カーボン(Pt/C:Pt担持量10wt%)を得る。なお、カーボン上へのPt担持量は誘導結合プラズマ発光分光法(ICP)による分析を実施して求めた。
(Example 38)
2.7 g of ketjen black (manufactured by Lion Corporation, ECP) was dispersed in 1000 mL of pure water set at 80 ° C., and 100 mL of a chloroplatinic acid aqueous solution (corresponding to 0.3 g in terms of Pt) was mixed therewith, and then 5 wt% An aqueous sodium hydrogen carbonate solution is added dropwise at a rate of 2 mL / min to adjust the pH of the solution to 7 to 8, and then stirring is continued for 1 hour. Next, the reaction solution is filtered, and the resulting solid product is dispersed in the order of 1000 mL of a 0.3 wt% sulfuric acid aqueous solution and 1000 mL of pure water, and boiled and washed with each solution for 30 minutes. The washing solution is filtered to recover the solid product, and then dried in air at 100 ° C. overnight. The resulting solid product is pulverized and subjected to a reduction treatment at 400 ° C. for 1 hour in a 100% hydrogen gas stream to obtain supported carbon (Pt / C: Pt supported
実施例1のコバルト酸化物担持硫酸ランタンと前記Pt/C(Pt担持量10wt%)とを重量比1:1で秤量し、乳鉢で混合して触媒組成物を得る。 The cobalt oxide-supported lanthanum sulfate of Example 1 and the Pt / C (Pt support amount of 10 wt%) are weighed at a weight ratio of 1: 1 and mixed in a mortar to obtain a catalyst composition.
<カソードの作製>
実施例1〜38にて得られる触媒組成物1gと5wt%Nafion溶液(デュポン社製登録商標)4g、1−プロパノール4g、水4gとをジルコニアボールの入ったポットに入れ、ボールミルによる分散を6時間行い、触媒スラリーを製造する。
<Production of cathode>
1 g of the catalyst composition obtained in Examples 1 to 38, 4 g of a 5 wt% Nafion solution (registered trademark by DuPont), 4 g of 1-propanol and 4 g of water are placed in a pot containing zirconia balls, and dispersion by a ball mill is performed. Perform for a while to produce a catalyst slurry.
拡散層には、カーボンとPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)からなる導電性多孔質層を有したカーボンペーパー(東レ製、TGP−H−060、厚さ180μm)を用いる。なお、導電性多孔質層は、厚さが5μmで、カーボンとPTFEが重量比で40:60となっている。 For the diffusion layer, carbon paper having a conductive porous layer made of carbon and PTFE (polytetrafluoroethylene) (manufactured by Toray, TGP-H-060, thickness 180 μm) is used. The conductive porous layer has a thickness of 5 μm, and the weight ratio of carbon and PTFE is 40:60.
アプリケーターを用いて触媒スラリーを導電性多孔質層の表面に均一な厚さとなるように塗布する。なお、拡散層において触媒組成物は20mg/cm2になるように塗布厚みを調整する。さらに、これを100℃で乾燥する。 Using an applicator, the catalyst slurry is applied to the surface of the conductive porous layer so as to have a uniform thickness. The coating thickness is adjusted so that the catalyst composition is 20 mg / cm 2 in the diffusion layer. Further, it is dried at 100 ° C.
(実施例39)
実施例38で得られるPt担持カーボン(Pt/C)を用いて作製される触媒スラリーを、アプリケーターを用いて導電性多孔質層の表面に均一な厚さとなるように塗布する。なお、拡散層において触媒組成物は1mg/cm2になるように塗布厚みを調整する。さらに、これを100℃で乾燥する。
(Example 39)
The catalyst slurry prepared using the Pt-supported carbon (Pt / C) obtained in Example 38 is applied to the surface of the conductive porous layer using an applicator so as to have a uniform thickness. The coating thickness is adjusted so that the catalyst composition is 1 mg / cm 2 in the diffusion layer. Further, it is dried at 100 ° C.
次いで、実施例1で得られた触媒組成物を用いて作製された触媒スラリーを、アプリケーターを用いてPt/Cの表面に均一な厚さとなるように塗布する。なお、あらかじめPt/C表面には触媒スラリーとの燃焼を抑制するため、水をスプレーで噴霧する。また、拡散層において触媒組成物は20mg/cm2になるように塗布厚みを調整する。さらに、これを100℃で乾燥する。 Next, the catalyst slurry prepared using the catalyst composition obtained in Example 1 is applied to the surface of Pt / C so as to have a uniform thickness using an applicator. Note that water is sprayed on the Pt / C surface in advance in order to suppress combustion with the catalyst slurry. In the diffusion layer, the coating thickness is adjusted so that the catalyst composition is 20 mg / cm 2 . Further, it is dried at 100 ° C.
(実施例40)
実施例1で得られる触媒組成物を用いて作製された触媒スラリーを、アプリケーターを用いて導電性多孔質層の表面に均一な厚さとなるように塗布する。なお、拡散層において触媒組成物は20mg/cm2になるように塗布厚みを調整する。さらに、これを100℃で乾燥する。
(Example 40)
The catalyst slurry prepared using the catalyst composition obtained in Example 1 is applied to the surface of the conductive porous layer using an applicator so as to have a uniform thickness. The coating thickness is adjusted so that the catalyst composition is 20 mg / cm 2 in the diffusion layer. Further, it is dried at 100 ° C.
次いで、実施例38で得られるPt担持カーボン(Pt/C)を用いて作製される触媒スラリーを、アプリケーターを用いて実施例1で得られた触媒組成物の表面に均一な厚さとなるように塗布する。拡散層において触媒組成物は1mg/cm2になるように塗布厚みを調整する。さらに、これを100℃で乾燥する。 Next, the catalyst slurry produced using the Pt-supported carbon (Pt / C) obtained in Example 38 is made to have a uniform thickness on the surface of the catalyst composition obtained in Example 1 using an applicator. Apply. In the diffusion layer, the coating thickness is adjusted so that the catalyst composition is 1 mg / cm 2 . Further, it is dried at 100 ° C.
(比較例1)
実施例38で得られるPt担持カーボン(Pt/C)を用いて作製される触媒スラリーを、アプリケーターを用いて導電性多孔質層の表面に均一な厚さとなるように塗布する。なお、拡散層において触媒組成物は1mg/cm2になるように塗布厚みを調整する。さらに、これを100℃で乾燥する。
(Comparative Example 1)
The catalyst slurry prepared using the Pt-supported carbon (Pt / C) obtained in Example 38 is applied to the surface of the conductive porous layer using an applicator so as to have a uniform thickness. The coating thickness is adjusted so that the catalyst composition is 1 mg / cm 2 in the diffusion layer. Further, it is dried at 100 ° C.
<アノードの作製>
実施例38で得られるPt担持カーボン(Pt/C):Pt担持量10wt%)と5wt%Nafion溶液(デュポン社製登録商標)4g、1−プロパノール4g、水4gとをジルコニアボールの入ったポットに入れ、ボールミルによる分散を6時間行い、触媒スラリーを製造する。
<Production of anode>
Pt-supported carbon (Pt / C) obtained in Example 38: Pt-supported
拡散層には、カーボンとPTFEからなる導電性多孔質層を有したカーボンペーパー(東レ製、TGP−H−060、厚さ180μm)を用いる。なお、導電性多孔質層は、厚さが5μmで、カーボンとPTFEが重量比で40:60となっている。 For the diffusion layer, carbon paper having a conductive porous layer made of carbon and PTFE (manufactured by Toray, TGP-H-060, thickness 180 μm) is used. The conductive porous layer has a thickness of 5 μm, and the weight ratio of carbon and PTFE is 40:60.
アプリケーターを用いて触媒スラリーを導電性多孔質層の表面に均一な厚さとなるように塗布する。なお、拡散層においてPt/Cは1mg/cm2になるように塗布厚みを調整する。さらに、これを100℃で乾燥する。 Using an applicator, the catalyst slurry is applied to the surface of the conductive porous layer so as to have a uniform thickness. The coating thickness is adjusted so that Pt / C is 1 mg / cm 2 in the diffusion layer. Further, it is dried at 100 ° C.
<膜電極接合体の作製>
実施例1〜40および比較例1のカソードとアノードそれぞれを電極面積が12cm2となるように切り出し、カソードとアノードの間に高分子電解質膜としてNafion212(商品名:デュポン社製)を挟んで、125℃、10分、30kg/cm2の圧力で熱圧着して、膜電極複合体を製造する。
<Preparation of membrane electrode assembly>
Each of the cathode and anode of Examples 1 to 40 and Comparative Example 1 was cut out so that the electrode area was 12 cm 2, and Nafion 212 (trade name: manufactured by DuPont) was sandwiched between the cathode and the anode as a polymer electrolyte membrane. A membrane electrode assembly is manufactured by thermocompression bonding at 125 ° C. for 10 minutes at a pressure of 30 kg / cm 2 .
次に、実施例1〜40にて得られた膜電極接合体のカソードの酸素還元活性を以下の方法により評価する。 Next, the oxygen reduction activity of the cathode of the membrane electrode assembly obtained in Examples 1 to 40 is evaluated by the following method.
実施例1〜40および比較例1にて得られた膜電極接合体を図1に示すような酸化剤ガス供給溝8付きのカソードホルダー9と、燃料供給溝10付きのアノードホルダー11との内部に組み込んで単電池を製造し発電を行う。
The membrane electrode assemblies obtained in Examples 1 to 40 and Comparative Example 1 were internally contained in a cathode holder 9 with an oxidant gas supply groove 8 and an anode holder 11 with a
発電試験では、膜電極接合体の温度を一定に設定するように外部からヒーターで温度制御し、加湿器によって加湿された水素ガスと酸素ガスを膜電極接合体に供給する。膜電極接合体と電子負荷装置とは端子間が配線で接続され、電流(負荷)を変化させたときの電圧の変化を測定した。発電試験の測定条件は以下とする。 In the power generation test, the temperature of the membrane electrode assembly is externally controlled with a heater so as to set the temperature constant, and hydrogen gas and oxygen gas humidified by a humidifier are supplied to the membrane electrode assembly. The membrane electrode assembly and the electronic load device were connected between the terminals by wiring, and the change in voltage when the current (load) was changed was measured. The measurement conditions for the power generation test are as follows.
温度80℃
圧力:大気圧
アノード:水素(200mL/min・cm2)、95%加湿
カソード:酸素(400mL/min・cm2)、95%加湿
電子負荷装置:菊水電子社製、PLZ70UA
カソード触媒の酸素還元活性の指標としては、電極内部の物質拡散の影響を無視し、触媒本来の活性を比較するため、所定電位(0.9V)における触媒質量あたりの電流値、すなわち質量活性(A/mg)を評価する。
80 ℃
Pressure: Atmospheric pressure Anode: Hydrogen (200 mL / min · cm 2 ), 95% humidification Cathode: Oxygen (400 mL / min · cm 2 ), 95% humidification Electronic load device: PLZ70UA manufactured by Kikusui Electronics Co., Ltd.
As an index of the oxygen reduction activity of the cathode catalyst, the current value per mass of the catalyst at a predetermined potential (0.9 V), that is, the mass activity ( A / mg).
次に、触媒組成物の劣化耐久性試験として電位サイクル試験を行う。 Next, a potential cycle test is performed as a deterioration durability test of the catalyst composition.
電位サイクル試験では、膜電極接合体の温度を一定に設定するように外部からヒーターで温度制御し、加湿器によって加湿された水素ガスと窒素ガスを膜電極接合体に供給する。膜電極接合体と電気化学評価システムとは端子間を配線で接続する。カソードの劣化耐久試験を行うため、カソードを作用極、アノードを対極および参照極とし、カソードの劣化が促進される電位範囲をサイクルするようにカソード電位を設定する。電位サイクル前後の質量活性を測定することで劣化の程度を評価できる。電位サイクル試験の測定条件は以下とする。 In the potential cycle test, the temperature of the membrane electrode assembly is controlled by a heater from the outside so as to set the temperature constant, and hydrogen gas and nitrogen gas humidified by a humidifier are supplied to the membrane electrode assembly. The membrane electrode assembly and the electrochemical evaluation system are connected between terminals by wiring. In order to perform a deterioration durability test of the cathode, the cathode is set as a working electrode, the anode as a counter electrode and a reference electrode, and the cathode potential is set so as to cycle a potential range in which the cathode deterioration is accelerated. The degree of deterioration can be evaluated by measuring the mass activity before and after the potential cycle. The measurement conditions for the potential cycle test are as follows.
温度80℃
圧力:大気圧
電位範囲:0.9V(30秒保持)⇔1.3V(30秒保持)
※1サイクルの所要時間は1分
アノード:水素(200mL/min・cm2)、95%加湿
カソード:窒素(200mL/min・cm2)、95%加湿
サイクル回数:10000回
電気化学測定システム:北斗電工社製、Hz−5000
得られる結果を、発電初期の質量活性(P0)、電位サイクル後の質量活性(P)および質量活性維持率(P/P0:%)として、表1〜表4に示す。
Pressure: Atmospheric pressure Potential range: 0.9V (30 seconds hold) ⇔ 1.3V (30 seconds hold)
* The time required for one cycle is 1 minute. Anode: Hydrogen (200 mL / min · cm 2 ), 95% humidification Cathode: Nitrogen (200 mL / min · cm 2 ), 95% humidification Number of cycles: 10,000 times Electrochemical measurement system: Hokuto Made by Denko, Hz-5000
The obtained results are shown in Tables 1 to 4 as mass activity at the initial stage of power generation (P0), mass activity after potential cycle (P), and mass activity maintenance rate (P / P0:%).
表1〜表4に示すように、本実施の形態の触媒、さらには触媒組成物は、いずれも比較例1に比べ発電初期の質量活性が高い。
As shown in Tables 1 to 4, the catalyst of this embodiment and the catalyst composition all have higher mass activity at the initial stage of power generation than Comparative Example 1.
また、電位サイクルによる触媒劣化加速試験においても、比較例1に比べ質量活性維持率が高い。 Also, in the catalyst deterioration acceleration test by the potential cycle, the mass activity retention rate is higher than that of Comparative Example 1.
そして、これら触媒組成物を用いた膜電極接合体、さらには燃料電池に使用した場合には、発電性能さらには耐久性がさらに向上する。 And when it uses for the membrane electrode assembly using these catalyst compositions, and also a fuel cell, electric power generation performance and also durability improve further.
なお、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 This embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The present embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1 高分子電解質膜
2 燃料極(アノード)
3 空気極(カソード)
4、6 拡散層
5 アノード触媒層
7 カソード触媒層
8 酸化剤ガス供給溝
9 カソードホルダー
10 燃料供給溝
11 アノードホルダー
12 膜電極接合体(MEA)
20 燃料電池
1 Polymer electrolyte membrane 2 Fuel electrode (anode)
3 Air electrode (cathode)
4, 6 Diffusion layer 5 Anode catalyst layer 7 Cathode catalyst layer 8 Oxidant gas supply groove 9
20 Fuel cell
Claims (5)
高分子電解質とWith polyelectrolytes
を含有することを特徴とするカソード触媒層。A cathode catalyst layer comprising:
(A)希土類元素から選択される少なくとも一種からなる元素Lと、B、P、Mo、WおよびSよりなる群から選択される少なくとも一種からなる元素Xとを含有する希土類オキソ酸塩担体と、前記希土類オキソ酸塩担体の表面に担持され、Mn、Fe、Co、およびNiよりなる群から選択される少なくとも一種からなる元素Mを含有する酸化物粒子とを含有する複合体であることを特徴とする触媒。(A) a rare earth oxoacid salt carrier containing at least one element L selected from rare earth elements and at least one element X selected from the group consisting of B, P, Mo, W and S; It is a composite containing oxide particles which are supported on the surface of the rare earth oxoacid salt support and contain at least one element M selected from the group consisting of Mn, Fe, Co and Ni. And a catalyst.
(B)前記複合体は、前記元素Lと前記元素Xに対する前記元素Mとの元素比(M/(L+X))が、0.01〜2以下(mol比)の範囲であることを特徴とする触媒。(B) The composite is characterized in that an element ratio (M / (L + X)) of the element L to the element M with respect to the element L is in a range of 0.01 to 2 (mol ratio). Catalyst.
高分子電解質とWith polyelectrolytes
を含有することを特徴とするカソード触媒層。A cathode catalyst layer comprising:
(C)希土類元素から選択される少なくとも一種からなる元素Lと、B、P、Mo、WおよびSよりなる群から選択される少なくとも一種からなる元素Xとを含有する希土類オキソ酸塩担体と、前記希土類オキソ酸塩担体の表面に担持され、Mn、Fe、Co、およびNiよりなる群から選択される少なくとも一種からなる元素Mを含有する酸化物粒子とを含有する複合体であることを特徴とする触媒。(C) a rare earth oxoacid salt carrier containing at least one element L selected from rare earth elements and at least one element X selected from the group consisting of B, P, Mo, W and S; It is a composite containing oxide particles which are supported on the surface of the rare earth oxoacid salt support and contain at least one element M selected from the group consisting of Mn, Fe, Co and Ni. And a catalyst.
(D)前記複合体は、前記元素Lと前記元素Xに対する前記元素Mとの元素比(M/(L+X))が、0.01〜2以下(mol比)の範囲であることを特徴とする触媒。(D) The composite is characterized in that an element ratio (M / (L + X)) between the element L and the element M with respect to the element X is in a range of 0.01 to 2 (mol ratio). Catalyst.
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