JP5672752B2 - Method for producing carbon-supported core-shell type catalyst fine particles, and method for producing catalyst ink using core-shell type catalyst fine particles obtained by the production method - Google Patents
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Description
本発明は、カーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法、及び当該製造方法により得られるコアシェル型触媒微粒子を用いた触媒インクの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing carbon-supported core-shell type catalyst fine particles, and a method for producing catalyst ink using core-shell type catalyst fine particles obtained by the production method .
燃料電池は、燃料と酸化剤を電気的に接続された2つの電極に供給し、電気化学的に燃料の酸化を起こさせることで、化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する。火力発電とは異なり、燃料電池はカルノーサイクルの制約を受けないので、高いエネルギー変換効率を示す。燃料電池は、通常、電解質膜を一対の電極で挟持した膜・電極接合体を基本構造とする単セルを複数積層して構成されている。 A fuel cell directly converts chemical energy into electrical energy by supplying fuel and an oxidant to two electrically connected electrodes and causing the fuel to be oxidized electrochemically. Unlike thermal power generation, fuel cells are not subject to the Carnot cycle, and thus exhibit high energy conversion efficiency. A fuel cell is usually formed by laminating a plurality of single cells having a basic structure of a membrane / electrode assembly in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes.
従来、燃料電池のアノード及びカソードの電解触媒として、担持白金及び白金合金材料が採用されてきた。しかし、現在の最新技術の電解触媒に必要な量の白金は、燃料電池の大量生産を商業的に実現可能にするには依然として高価すぎる。したがって、白金をより安価な金属と組み合わせることにより、燃料電池カソード及びアノードに含まれる白金の量を低減させる研究がなされてきた。 Conventionally, supported platinum and platinum alloy materials have been employed as electrolytic catalysts for anodes and cathodes of fuel cells. However, the amount of platinum required for current state-of-the-art electrocatalysts is still too expensive to make mass production of fuel cells commercially feasible. Therefore, studies have been made to reduce the amount of platinum contained in fuel cell cathodes and anodes by combining platinum with less expensive metals.
白金とより安価な金属との組み合わせの研究の1つとして、白金の原子単層をパラジウムナノ粒子上に堆積させる研究がある。このような研究を応用した技術として、特許文献1には、金属コーティングパラジウム又はパラジウム合金粒子を生成するための方法であって、前記方法が、水素吸収パラジウム又はパラジウム合金粒子を金属塩又は金属塩混合物と接触させ、前記水素吸収パラジウム又はパラジウム合金粒子の表面上に準単原子又は単原子金属コーティング又は準単原子又は単原子金属合金コーティングを堆積させ、それによって金属コーティング又は金属合金コーティングパラジウム又はパラジウム合金粒子を生成する段階を含むことを特徴とする方法が開示されている。 One study of the combination of platinum and cheaper metals is to deposit an atomic monolayer of platinum on palladium nanoparticles. As a technique to which such research is applied, Patent Document 1 discloses a method for producing metal-coated palladium or palladium alloy particles, which includes hydrogen absorbing palladium or palladium alloy particles as a metal salt or metal salt. Contacting with the mixture and depositing a quasi-monoatomic or monoatomic metal coating or quasi-monoatomic or monoatomic metal alloy coating on the surface of said hydrogen-absorbing palladium or palladium alloy particles, thereby forming a metal coating or metal alloy coated palladium or palladium A method is disclosed that includes the step of producing alloy particles.
特許文献1には、金属コーティング粒子を担持体に結合させる方法も開示されている。しかし、特許文献1には、担持体に結合した金属コーティング粒子を製造する際に、担持体が及ぼす悪影響については何ら記載されていない。
本発明は、上記実状を鑑みて成し遂げられたものであり、担体に担持されたコアシェル型触媒微粒子の製造方法、当該製造方法により得られるコアシェル型触媒微粒子を用いた触媒インクの製造方法、及び、当該製造方法により得られる触媒インクを含む触媒層を提供することを目的とする。
Patent Document 1 also discloses a method of bonding metal coating particles to a support. However, Patent Document 1 does not describe any adverse effect of the support when producing metal coating particles bonded to the support.
The present invention has been accomplished in view of the above circumstances, a method for producing core-shell type catalyst fine particles supported on a carrier, a method for producing catalyst ink using core-shell type catalyst fine particles obtained by the production method, and It aims at providing the catalyst layer containing the catalyst ink obtained by the said manufacturing method.
本発明のカーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法は、コア部と、当該コア部を被覆するシェル部を備える、カーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法であって、コア微粒子が担持されたカーボン担体を準備する工程、前記コア微粒子が担持されたカーボン担体と、不活性化剤とを混合することにより、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を不活性化させる不活性化工程、及び、前記不活性化工程の後に、前記コア微粒子をコア部として、当該コア部に前記シェル部を被覆する工程を有することを特徴とする。 The method for producing carbon-supported core-shell type catalyst fine particles of the present invention is a method for producing carbon-supported core-shell type catalyst fine particles comprising a core part and a shell part that covers the core part, and the carbon carrier on which the core fine particles are supported A deactivation step of deactivating functional groups present on the surface of the carbon support by mixing the carbon support on which the core fine particles are supported and an inactivating agent; and After the deactivation step, the method has a step of covering the core portion with the core portion using the core fine particles as a core portion.
このような構成の製造方法は、前記シェル部を前記コア部に被覆する際に、前記シェル部を構成するシェル金属材料が前記カーボン担体の表面との親和性を持たないため、前記カーボン担体表面におけるシェル金属材料の析出を抑制することができる。その結果、シェル金属材料の使用量の増加を防ぎ、コストを低減させることができる。 In the manufacturing method having such a configuration, when the shell portion is coated on the core portion, the shell metal material constituting the shell portion does not have an affinity with the surface of the carbon carrier. Precipitation of the shell metal material in can be suppressed. As a result, an increase in the amount of shell metal material used can be prevented and costs can be reduced.
本発明のカーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法の一態様としては、前記不活性化剤が保護基導入剤であり、前記不活性化工程が、前記コア微粒子が担持されたカーボン担体と、前記保護基導入剤とを混合することにより、前記カーボン担体の表面に存在する官能基に保護基を結合させる保護基導入工程であるという構成をとることができる。 In one aspect of the method for producing carbon-supported core-shell type catalyst particles of the present invention, the deactivator is a protective group introducing agent, and the deactivation step includes a carbon support on which the core particles are supported , By mixing with a protecting group introducing agent, it is possible to adopt a constitution in which it is a protecting group introducing step for bonding a protecting group to a functional group present on the surface of the carbon support.
このような構成の製造方法は、適切な保護基導入剤を選択することによって、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を的確且つ簡便に不活性化させることができる。 In the production method having such a configuration, the functional group present on the surface of the carbon support can be deactivated accurately and simply by selecting an appropriate protecting group introducing agent.
本発明のカーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法の一態様としては、前記保護基導入剤がカチオン性界面活性剤であるという構成をとることができる。 As one aspect of the method for producing carbon-supported core-shell type catalyst particles of the present invention, the protective group-introducing agent may be a cationic surfactant.
このような構成の製造方法は、前記カチオン性界面活性剤が前記カーボン担体上の官能基と反応することにより、当該官能基を不活性化させることができる。 In the production method having such a configuration, the cationic surfactant reacts with the functional group on the carbon support, whereby the functional group can be inactivated.
本発明のカーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法の一態様としては、前記不活性化剤が還元剤であり、前記不活性化工程が、前記コア微粒子が担持されたカーボン担体と、前記還元剤とを混合することにより、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を還元する還元工程であるという構成をとることができる。 In one aspect of the method for producing carbon-supported core-shell type catalyst particles of the present invention, the deactivator is a reducing agent, and the deactivation step includes a carbon support on which the core particles are supported, and the reducing agent. Can be configured to be a reduction process for reducing functional groups present on the surface of the carbon support.
このような構成の製造方法は、適切な還元剤を選択することによって、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を的確且つ簡便に不活性化させることができる。 In the manufacturing method having such a configuration, the functional group present on the surface of the carbon support can be deactivated accurately and simply by selecting an appropriate reducing agent.
本発明の触媒インクの製造方法は、上記製造方法により得られたカーボン担持コアシェル型触媒微粒子と、親水化剤とを混合することにより、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を親水化させる親水化工程、並びに、少なくとも、前記親水化工程を経たカーボン担持コアシェル型触媒微粒子、及び、電解質を混合する工程を有することを特徴とする。 The method for producing the catalyst ink of the present invention is a hydrophilic ink that hydrophilizes functional groups present on the surface of the carbon carrier by mixing the carbon-supported core-shell type catalyst particles obtained by the above production method with a hydrophilizing agent. And a step of mixing at least the carbon-supporting core-shell type catalyst particles that have undergone the hydrophilic step and an electrolyte.
このような構成の製造方法は、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を親水化させることにより、前記カーボン担持コアシェル型触媒微粒子と前記電解質との混合時の親和性を高めることができる。 In the manufacturing method having such a configuration, the affinity at the time of mixing the carbon-supporting core-shell type catalyst fine particles and the electrolyte can be increased by hydrophilizing the functional group present on the surface of the carbon support.
本発明の触媒インクの製造方法の一態様としては、前記親水化剤が脱保護剤であり、前記親水化工程が、前記カーボン担体の表面に存在する官能基から保護基を除去する脱保護工程であるという構成をとることができる。 As one aspect of the method for producing a catalyst ink of the present invention, the hydrophilizing agent is a deprotecting agent, and the hydrophilizing step removes a protecting group from a functional group present on the surface of the carbon support. It can take the composition of being.
このような構成の製造方法は、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を脱保護することにより、当該官能基を親水化することができる。 The manufacturing method having such a configuration can hydrophilize the functional group by deprotecting the functional group present on the surface of the carbon support.
本発明の触媒インクの製造方法の一態様としては、前記脱保護剤が強酸であるという構成をとることができる。 As one aspect of the method for producing the catalyst ink of the present invention, the deprotecting agent may be a strong acid.
本発明によれば、前記シェル部を前記コア部に被覆する際に、前記シェル部を構成するシェル金属材料が前記カーボン担体の表面との親和性を持たないため、前記カーボン担体表面におけるシェル金属材料の析出を抑制することができる。その結果、シェル金属材料の使用量の増加を防ぎ、コストを低減させることができる。 According to the present invention, when the shell portion is coated on the core portion, the shell metal material constituting the shell portion does not have an affinity with the surface of the carbon support. The deposition of the material can be suppressed. As a result, an increase in the amount of shell metal material used can be prevented and costs can be reduced.
1.カーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法
本発明のカーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法は、コア部と、当該コア部を被覆するシェル部を備える、カーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法であって、カーボン担体に担持されたコア微粒子を準備する工程、前記コア微粒子と、不活性化剤とを混合することにより、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を不活性化させる不活性化工程、及び、前記不活性化工程の後に、前記コア微粒子をコア部として、当該コア部に前記シェル部を被覆する工程を有することを特徴とする。
1. Method for Producing Carbon-Supported Core-Shell Type Catalyst Fine Particles The method for producing carbon-supported core-shell type catalyst fine particles of the present invention is a method for producing carbon-supported core-shell type catalyst fine particles comprising a core part and a shell part covering the core part. A step of preparing core fine particles supported on a carbon support, an inactivation step of inactivating functional groups present on the surface of the carbon support by mixing the core fine particles and an inactivating agent, And after the said inactivation process, it has the process of coat | covering the said shell part to the said core part by making the said core microparticle into a core part.
本発明において、「カーボン担体の表面に存在する官能基を不活性化させる」とは、当該官能基を、シェル部の原料となるシェル金属材料及びそのイオンの吸着に対して不活性な状態に変換するという意味である。 In the present invention, “deactivating the functional group present on the surface of the carbon support” means that the functional group is in an inactive state with respect to adsorption of the shell metal material that is the raw material of the shell portion and its ions. It means to convert.
カーボン担持コアシェル型触媒微粒子を製造する従来の方法として、カーボン担体に担持されたコア微粒子に、シェル部の原料となるシェル金属材料を用いてシェル部を被覆する方法が挙げられる。しかしこのような従来の方法では、シェル金属材料は、コア微粒子上に析出する他に、コア微粒子以外の場所、例えばカーボン担体上にも析出してしまう結果、シェル金属材料の使用量が増加するというデメリットがあった。 As a conventional method for producing the carbon-supported core-shell type catalyst fine particles, there is a method in which the core fine particles supported on the carbon support are coated with a shell portion using a shell metal material as a raw material of the shell portion. However, in such a conventional method, the shell metal material is deposited on the core fine particles, and also on a place other than the core fine particles, for example, on the carbon support, resulting in an increase in the amount of the shell metal material used. There was a demerit.
発明者らは、カーボン担体表面に存在するカルボキシル基等の官能基に、シェル金属材料又はそのイオンが吸着することにより、シェル金属材料がカーボン担体上に直接析出してしまうメカニズムについて考察した。以下、コア微粒子としてパラジウムを、シェル金属材料として白金を用いた場合を例に挙げ説明する。
図3は、カーボンに担持されたパラジウム微粒子上に、白金を被覆して担持コアシェル型触媒微粒子を製造する従来の方法を、模式的に示した図である。なお、二重波線は図の省略を意味する。また、白金が被覆されたパラジウム微粒子については、その断面を模式的に示す。
図3(a)は、パラジウム微粒子がカーボンに担持された様子を示す模式図である。カーボン表面には、炭素−炭素二重結合や炭素−炭素単結合の他に、カーボンが部分的に酸化されてできたカルボキシル基等の官能基が存在する。
図3(b)は、図3(a)の状態から、後述するCu−UPD法により、パラジウム微粒子上に銅が被覆された様子を示す模式図である。図示していないが、このとき、カルボキシル基上のプロトン(H+)が銅イオン(Cu2+)に置換されることも考えられる。
図3(c)は、図3(b)の状態から、後述する置換メッキ法により銅を白金に置換メッキした様子を示す模式図である。置換メッキ法により、パラジウム微粒子上に被覆された銅が溶解し、白金がパラジウム上に析出する。白金イオンは、パラジウムに析出する他にも、カルボキシル基に吸着する場合がある。このとき、銅が酸化された際に発生した電子が、導電性のカーボンを経由して、カルボキシル基に吸着した白金イオンへ到達する。
図3(d)は、置換メッキ終了時の様子を示す模式図である。カルボキシル基に吸着した白金イオンは、銅が酸化されたときの電子によって還元される。その結果、担持カーボン上に、コアシェル型触媒微粒子とは別に白金微粒子が生成し、白金使用量増加及びコスト増加を招く。
The inventors have studied the mechanism by which the shell metal material or the ions thereof are directly adsorbed on the carbon support by adsorbing the shell metal material or ions thereof to a functional group such as a carboxyl group present on the surface of the carbon support. Hereinafter, the case where palladium is used as the core fine particles and platinum is used as the shell metal material will be described as an example.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a conventional method for producing supported core-shell type catalyst fine particles by coating platinum on palladium fine particles supported on carbon. The double wavy line means that the drawing is omitted. Moreover, about the palladium fine particle coat | covered with platinum, the cross section is shown typically.
FIG. 3A is a schematic view showing a state where palladium fine particles are supported on carbon. In addition to the carbon-carbon double bond and carbon-carbon single bond, functional groups such as a carboxyl group formed by partially oxidizing carbon are present on the carbon surface.
FIG. 3B is a schematic view showing a state in which copper is coated on palladium fine particles by the Cu-UPD method described later from the state of FIG. Although not shown in the figure, at this time, the proton (H + ) on the carboxyl group may be replaced with copper ions (Cu 2+ ).
FIG. 3C is a schematic view showing a state in which copper is replaced with platinum by the replacement plating method described later from the state of FIG. By the displacement plating method, copper coated on the palladium fine particles is dissolved, and platinum is deposited on the palladium. In addition to depositing on palladium, platinum ions may be adsorbed on carboxyl groups. At this time, electrons generated when copper is oxidized reach the platinum ions adsorbed on the carboxyl group via the conductive carbon.
FIG. 3D is a schematic diagram showing a state at the end of displacement plating. The platinum ions adsorbed on the carboxyl group are reduced by electrons when copper is oxidized. As a result, platinum fine particles are generated on the supported carbon separately from the core-shell type catalyst fine particles, resulting in an increase in the amount of platinum used and an increase in cost.
発明者らは、カーボン担体表面の官能基を不活性化させることで、シェル金属材料とカーボン担体表面との親和性を減らし、カーボン担体表面におけるシェル金属材料の析出を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。 The inventors have found that by inactivating functional groups on the surface of the carbon support, the affinity between the shell metal material and the surface of the carbon support can be reduced, and precipitation of the shell metal material on the surface of the carbon support can be suppressed. Was completed.
本発明は、(1)カーボン担体に担持されたコア微粒子を準備する工程、(2)カーボン担体の表面に存在する官能基を不活性化させる工程、及び、(3)コア部にシェル部を被覆する工程を有する。本発明は、必ずしも上記3工程のみに限定されることはなく、上記3工程以外にも、例えば、後述するようなろ過・洗浄工程、乾燥工程、粉砕工程等を有していてもよい。
以下、上記工程(1)乃至(3)並びにその他の工程について、順に説明する。
The present invention includes (1) a step of preparing core fine particles supported on a carbon carrier, (2) a step of inactivating a functional group present on the surface of the carbon carrier, and (3) a shell portion in the core portion. A step of coating. The present invention is not necessarily limited to only the above three steps, and may include, for example, a filtration / washing step, a drying step, a pulverizing step and the like as described later in addition to the above three steps.
Hereinafter, the steps (1) to (3) and other steps will be described in order.
1−1.カーボン担体に担持されたコア微粒子を準備する工程
本工程においては、カーボン担体に担持されたコア微粒子の市販品を購入して次の工程に進んでもよいし、コア微粒子とカーボン担体をそれぞれ別に用意して、コア微粒子をカーボン担体に担持させてもよい。コア微粒子のカーボン担体への担持は、常法により行うことができる。
1-1. Step of preparing core fine particles supported on a carbon carrier In this step, a commercial product of core fine particles supported on a carbon carrier may be purchased to proceed to the next step, or a core fine particle and a carbon carrier may be prepared separately. Then, the core fine particles may be supported on a carbon carrier. The core fine particles can be supported on the carbon support by a conventional method.
本工程において用いられるコア微粒子としては、結晶系が立方晶系であり、a=3.60〜4.08Åの格子定数を有する金属結晶を採用することができる。このような金属結晶の例としては、パラジウム、銅、ニッケル、ロジウム、銀、金及びイリジウム並びにこれらの合金等の金属材料の結晶を挙げることができ、この中でも、パラジウム結晶をコア微粒子として用いることが好ましい。 As the core fine particles used in this step, a metal crystal having a cubic crystal system and a lattice constant of a = 3.60 to 4.08Å can be employed. Examples of such metal crystals include crystals of metal materials such as palladium, copper, nickel, rhodium, silver, gold and iridium, and alloys thereof. Among these, palladium crystals are used as core fine particles. Is preferred.
コア微粒子の平均粒径は、後述するカーボン担持コアシェル型金属ナノ微粒子の平均粒径以下であれば、特に限定されない。コア微粒子としてパラジウム微粒子を使用する場合には、パラジウム微粒子の平均粒径は、10〜100nmであることが好ましく、10〜20nmであることが特に好ましい。
なお、本発明における粒子の平均粒径は、常法により算出される。粒子の平均粒径の算出方法の例は以下の通りである。まず、400,000倍又は1,000,000倍のTEM(透過型電子顕微鏡)画像において、ある1つの粒子について、当該粒子を球状と見なした際の粒径を算出する。このようなTEM観察による平均粒径の算出を、同じ種類の200〜300個の粒子について行い、これらの粒子の平均を平均粒径とする。
The average particle diameter of the core fine particles is not particularly limited as long as it is equal to or smaller than the average particle diameter of carbon-supported core-shell type metal nanoparticles described later. When palladium fine particles are used as the core fine particles, the average particle size of the palladium fine particles is preferably 10 to 100 nm, and particularly preferably 10 to 20 nm.
In addition, the average particle diameter of the particle | grains in this invention is computed by a conventional method. An example of a method for calculating the average particle size of the particles is as follows. First, in a TEM (transmission electron microscope) image having a magnification of 400,000 times or 1,000,000 times, a particle size is calculated for a certain particle when the particle is considered to be spherical. Calculation of the average particle diameter by such TEM observation is performed for 200 to 300 particles of the same type, and the average of these particles is taken as the average particle diameter.
特に、カーボン担持コアシェル型触媒微粒子を燃料電池の触媒層に使用する場合には、触媒層に導電性を付与するという観点から、カーボン担体が導電性材料であることが好ましい。
カーボン担体として使用できる導電性材料の具体例としては、ケッチェンブラック(商品名:ケッチェン・ブラック・インターナショナル株式会社製)、バルカン(商品名:Cabot社製)、ノーリット(商品名:Norit社製)、ブラックパール(商品名:Cabot社製)、アセチレンブラック(商品名:Chevron社製)等の炭素粒子や、炭素繊維等の導電性炭素材料が挙げられる。
In particular, when carbon-supported core-shell type catalyst particles are used in the catalyst layer of a fuel cell, the carbon carrier is preferably a conductive material from the viewpoint of imparting conductivity to the catalyst layer.
Specific examples of the conductive material that can be used as the carbon carrier include Ketjen black (trade name: manufactured by Ketjen Black International Co., Ltd.), Vulcan (product name: manufactured by Cabot), and Nolit (trade name: manufactured by Norit). And carbon particles such as black pearl (trade name: manufactured by Cabot), acetylene black (trade name: manufactured by Chevron), and conductive carbon materials such as carbon fiber.
1−2.カーボン担体の表面に存在する官能基を不活性化させる工程
本工程は、カーボン担体に担持されたコア微粒子と、不活性化剤とを混合することにより、カーボン担体の表面に存在する官能基を不活性化させる工程である。
1-2. The step of inactivating the functional groups present on the surface of the carbon support In this step, the functional groups present on the surface of the carbon support are mixed by mixing the core fine particles supported on the carbon support with an inactivating agent. This is a step of inactivation.
カーボン担体表面には、炭素−炭素二重結合、及び/又は、炭素−炭素単結合が酸化されてできた官能基が存在する。当該官能基は、主に炭素−酸素結合を有し、且つ、酸素原子由来の非共有電子対を有する。また、当該官能基は、ブレンステッド酸性及び/又はルイス酸性を有する場合がある。したがって、当該官能基とシェル金属材料イオンとの中和反応や、当該官能基の非共有電子対からシェル金属材料又はそのイオンへの電子供与等により、当該官能基にシェル金属材料又はそのイオンが吸着する可能性がある。
カーボン担体表面の官能基としては、例えば、カルボキシル基、ヒドロキシル基、ラクトン基、キノン基、アルデヒド基、酸無水物基、アシル基、エステル基及びケトン基等が挙げられる。これらの中でも、カルボキシル基、ヒドロキシル基及びラクトン基等は、中和反応によってシェル金属材料又はそのイオンが吸着するため、吸着作用が特に強いと考えられる。
On the surface of the carbon support, there are functional groups formed by oxidizing carbon-carbon double bonds and / or carbon-carbon single bonds. The functional group mainly has a carbon-oxygen bond and has an unshared electron pair derived from an oxygen atom. The functional group may have Bronsted acidity and / or Lewis acidity. Therefore, the shell metal material or its ion is added to the functional group by a neutralization reaction between the functional group and the shell metal material ion, electron donation from the lone pair of the functional group to the shell metal material or its ion, or the like. There is a possibility of adsorption.
Examples of the functional group on the surface of the carbon carrier include a carboxyl group, a hydroxyl group, a lactone group, a quinone group, an aldehyde group, an acid anhydride group, an acyl group, an ester group, and a ketone group. Among these, a carboxyl group, a hydroxyl group, a lactone group, and the like are considered to have a particularly strong adsorption action because the shell metal material or its ions are adsorbed by a neutralization reaction.
カーボン担体の表面に存在する官能基を不活性化させる例としては、官能基に保護基を導入する方法及び官能基を還元する方法等が挙げられる。以下、これら2つの方法について詳細に説明する。 Examples of inactivating the functional group present on the surface of the carbon support include a method for introducing a protective group into the functional group and a method for reducing the functional group. Hereinafter, these two methods will be described in detail.
1−2−1.官能基に保護基を導入する方法
本方法は、具体的には、カーボン担体に担持されたコア微粒子と、保護基導入剤とを混合することにより、カーボン担体の表面に存在する官能基に保護基を結合させる方法である。
保護基導入剤は、その全部又は一部が当該官能基と反応して、残基である保護基が当該官能基と結合するものであるのが好ましい。保護基導入剤は、当該官能基を一時的に活性化させて保護基の導入を容易にする触媒等も含む。
保護基導入剤としては、カチオン性界面活性剤を例示することができる。カチオン性界面活性剤は、水中で電離した際に陽イオンとなり、当該官能基と中和することにより、当該官能基を不活性化できる。
カチオン性界面活性剤としては、第4級アンモニウム塩型界面活性剤、アルキルアミン型界面活性剤及びピリジニウム塩型界面活性剤等が例示できる。
1-2-1. Method for Introducing Protecting Group into Functional Group Specifically, this method protects the functional group present on the surface of the carbon carrier by mixing the core fine particles supported on the carbon carrier and the protecting group introducing agent. This is a method of bonding groups.
The protecting group introducing agent is preferably one in which all or part of the protecting group-introducing agent reacts with the functional group, and the protecting group as a residue is bonded to the functional group. The protecting group introduction agent also includes a catalyst that temporarily activates the functional group to facilitate the introduction of the protecting group.
Examples of the protecting group introducing agent include cationic surfactants. A cationic surfactant becomes a cation when ionized in water, and can neutralize the functional group by neutralizing the functional group.
Examples of the cationic surfactant include a quaternary ammonium salt type surfactant, an alkylamine type surfactant, and a pyridinium salt type surfactant.
第4級アンモニウム塩型界面活性剤としては、塩化テトラメチルアンモニウム(N+(CH3)4Cl−)、水酸化テトラメチルアンモニウム(N+(CH3)4OH−)、塩化テトラブチルアンモニウム(N+(C4H9)4Cl−)等のテトラアルキルアンモニウム塩(N+R4X−);塩化オクチルトリメチルアンモニウム(N+(C8H17)(CH3)3Cl−)、塩化デシルトリメチルアンモニウム(N+(C10H21)(CH3)3Cl−)、塩化ドデシルトリメチルアンモニウム(N+(C12H25)(CH3)3Cl−)、塩化テトラデシルトリメチルアンモニウム(N+(C14H29)(CH3)3Cl−)、塩化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(N+(C16H33)(CH3)3Cl−)、塩化ステアリルトリメチルアンモニウム(N+(C18H37)(CH3)3Cl−)、臭化ヘキサデシルトリメチルアンモニウム(N+(C16H33)(CH3)3Br−)等のアルキルトリメチルアンモニウム塩(N+R(CH3)3X−);塩化ジデシルジメチルアンモニウム(N+(C10H21)2(CH3)2Cl−)、塩化ジステアリルジメチルアンモニウム(N+(C18H37)2(CH3)2Cl−)等のジアルキルジメチルアンモニウム塩(N+RR’(CH3)2X−);塩化ドデシルジメチルベンジルアンモニウム(N+(C12H25)(CH3)2(CH2C6H5)Cl−)等のアルキルベンジルジメチルアンモニウム塩(N+R(CH2C6H5)(CH3)2X−);塩化ベンジルトリメチルアンモニウム(N+(CH2C6H5)(CH3)3Cl−)、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム(N+(CH2C6H5)(C2H5)3Cl−)等のベンジルトリアルキルアンモニウム塩(N+(CH2C6H5)R3X−);塩化ベンザルコニウム(N+(CH2C6H5)(CH3)2RCl−)(R=C8〜C17)、臭化ベンザルコニウム(N+(CH2C6H5)(CH3)2RBr−)(R=C8〜C17)等のベンザルコニウム塩;塩化ベンゼトニウム(N+(CH2C6H5)(CH3)2{(CH2CH2O)2C6H4C8H17}Cl−);等が例示できる。なお、上記例の構造式中、X−は対アニオンを示す。 Quaternary ammonium salt type surfactants include tetramethylammonium chloride (N + (CH 3 ) 4 Cl − ), tetramethylammonium hydroxide (N + (CH 3 ) 4 OH − ), tetrabutylammonium chloride ( N + (C 4 H 9) 4 Cl -) tetraalkylammonium salts, such as (N + R 4 X -) ; octyl trimethylammonium chloride (N + (C 8 H 17 ) (CH 3) 3 Cl -), chloride Decyltrimethylammonium (N + (C 10 H 21 ) (CH 3 ) 3 Cl − ), dodecyltrimethylammonium chloride (N + (C 12 H 25 ) (CH 3 ) 3 Cl − ), tetradecyltrimethylammonium chloride (N + (C 14 H 29) ( CH 3) 3 Cl -), hexadecyltrimethylammonium chloride N + (C 16 H 33) (CH 3) 3 Cl -), stearyl trimethyl ammonium chloride (N + (C 18 H 37 ) (CH 3) 3 Cl -), hexadecyltrimethylammonium bromide (N + (C 16 H 33 ) (CH 3 ) 3 Br − ) and other alkyltrimethylammonium salts (N + R (CH 3 ) 3 X − ); didecyldimethylammonium chloride (N + (C 10 H 21 ) 2 (CH 3 ) 2 Cl -), distearyl dimethyl ammonium chloride (N + (C 18 H 37 ) 2 (CH 3) 2 Cl -) dialkyl dimethyl ammonium salts such as (N + RR '(CH 3 ) 2 X -); dodecyl chloride Alkyl such as dimethylbenzylammonium (N + (C 12 H 25 ) (CH 3 ) 2 (CH 2 C 6 H 5 ) Cl − ) Le benzyl dimethyl ammonium salts (N + R (CH 2 C 6 H 5) (CH 3) 2 X -); benzyl trimethyl ammonium chloride (N + (CH 2 C 6 H 5) (CH 3) 3 Cl -), benzyltriethylammonium chloride (N + (CH 2 C 6 H 5) (C 2 H 5) 3 Cl -) benzyl trialkyl ammonium salts such as (N + (CH 2 C 6 H 5) R 3 X -); chloride Benzalkonium (N + (CH 2 C 6 H 5 ) (CH 3 ) 2 RCl − ) (R═C 8 to C 17 ), Benzalkonium Bromide (N + (CH 2 C 6 H 5 ) (CH 3 ) Benzalkonium salts such as 2 RBr − ) (R═C 8 to C 17 ); benzethonium chloride (N + (CH 2 C 6 H 5 ) (CH 3 ) 2 {(CH 2 CH 2 O) 2 C 6 H 4 C 8 H 17 } Cl − ); In the structural formulas of the above examples, X − represents a counter anion.
アルキルアミン型界面活性剤としては、モノメチルアミン塩酸塩(CH3NH2・HCl)、ジメチルアミン塩酸塩((CH3)2NH・HCl)、トリメチルアミン塩酸塩((CH3)3N・HCl)等が例示できる。
ピリジニウム塩型界面活性剤としては、塩化ブチルピリジニウム(C5H5N+(C4H9)Cl−)、塩化ドデシルピリジニウム(C5H5N+(C12H25)Cl−)、塩化ヘキサデシルピリジニウム(C5H5N+(C16H33)Cl−)等が例示できる。
Examples of the alkylamine surfactant include monomethylamine hydrochloride (CH 3 NH 2 .HCl), dimethylamine hydrochloride ((CH 3 ) 2 NH.HCl), trimethylamine hydrochloride ((CH 3 ) 3 N · HCl) Etc. can be illustrated.
Examples of the pyridinium salt type surfactant include butylpyridinium chloride (C 5 H 5 N + (C 4 H 9 ) Cl − ), dodecylpyridinium chloride (C 5 H 5 N + (C 12 H 25 ) Cl − ), and chloride. hexadecyl pyridinium (C 5 H 5 N + ( C 16 H 33) Cl -) and the like.
カチオン性界面活性剤を使用する他にも、特定の官能基に対して選択的に保護基を導入することもできる。
上記官能基の内、カルボキシル基は、エステル基等に変換することにより不活性化させることができる。エステル基の例としては、メチルエステル基、エチルエステル基、アルキニルメチルエステル基、ベンジルエステル基、t−ブチルエステル基等が挙げられる。保護基導入剤は、これらのエステル基に対応するアルコール、及び、必要であればカルボキシル基を一時的に活性化させる酸又は塩基等である。
In addition to using a cationic surfactant, a protective group can be selectively introduced with respect to a specific functional group.
Among the functional groups, the carboxyl group can be inactivated by converting it to an ester group or the like. Examples of ester groups include methyl ester groups, ethyl ester groups, alkynyl methyl ester groups, benzyl ester groups, t-butyl ester groups, and the like. The protecting group-introducing agent is an alcohol corresponding to these ester groups, and an acid or base that temporarily activates the carboxyl group if necessary.
上記官能基の内、ヒドロキシル基は、エーテル基、アセタール基、アシル基、シリルエーテル基等に変換することにより不活性化させることができる。
エーテル基の例としては、メチルエーテル基、ベンジルエーテル基、p−メトキシベンジルエーテル基、t−ブチルエーテル基等が挙げられる。ヒドロキシル基をエーテル基に変換するための保護基導入剤は、上記エーテル基に対応するアルコール、及び、必要であればヒドロキシル基を一時的に活性化させる酸又は塩基等である。
アセタール保護の例としては、メトキシメチル(MOM)保護、エトキシエチル(EE)保護、2−テトラヒドロピラニル(THP)保護等が挙げられる。ヒドロキシル基をアセタールに変換するための保護基導入剤は、上記アセタールに対応するアルコール、及び、必要であればヒドロキシル基を一時的に活性化させる酸又は塩基等である。
アシル基の例としては、アセチル基、ピバロイル基、ベンゾイル基等が挙げられる。ヒドロキシル基をアシル基に変換するための保護基導入剤は、上記アシル基に対応する酸無水物基及び/又は酸塩化物、並びに、必要であればヒドロキシル基を一時的に活性化させる酸又は塩基等である。
シリルエーテル基の例としては、トリメチルシリル(TMS)基、トリエチルシリル(TES)基、t−ブチルジメチルシリル(TBDMS)基、トリイソプロピルシリル(TIPS)基、t−ブチルジフェニルシリル(TBDPS)基等が挙げられる。ヒドロキシル基をシリルエーテル基に変換するための保護基導入剤は、上記シリルエーテル基に対応するシリルクロライド及び/又はシリルトリフラート、並びに、必要であればヒドロキシル基を一時的に活性化させる酸又は塩基等である。
Among the functional groups, the hydroxyl group can be inactivated by converting it to an ether group, an acetal group, an acyl group, a silyl ether group, or the like.
Examples of the ether group include a methyl ether group, a benzyl ether group, a p-methoxybenzyl ether group, and a t-butyl ether group. The protecting group introducing agent for converting the hydroxyl group into an ether group is an alcohol corresponding to the ether group and, if necessary, an acid or a base that temporarily activates the hydroxyl group.
Examples of acetal protection include methoxymethyl (MOM) protection, ethoxyethyl (EE) protection, 2-tetrahydropyranyl (THP) protection, and the like. Examples of the protective group-introducing agent for converting a hydroxyl group into an acetal include an alcohol corresponding to the acetal and, if necessary, an acid or a base that temporarily activates the hydroxyl group.
Examples of the acyl group include an acetyl group, a pivaloyl group, and a benzoyl group. The protecting group-introducing agent for converting a hydroxyl group into an acyl group includes an acid anhydride group and / or an acid chloride corresponding to the acyl group, and an acid or a group that temporarily activates the hydroxyl group if necessary. Bases and the like.
Examples of silyl ether groups include trimethylsilyl (TMS) group, triethylsilyl (TES) group, t-butyldimethylsilyl (TBDMS) group, triisopropylsilyl (TIPS) group, t-butyldiphenylsilyl (TBDPS) group and the like. Can be mentioned. Protecting group introducing agent for converting hydroxyl group to silyl ether group includes silyl chloride and / or silyl triflate corresponding to silyl ether group, and acid or base that temporarily activates hydroxyl group if necessary Etc.
上記官能基の内、アルデヒド基及びケトン基は、アセタール基等に変換することにより不活性化させることができる。
アセタール保護の例としては、上述したものの他、ジメチルアセタール保護、環状アセタール保護、ジチオアセタール保護等が挙げられる。アルデヒド基又はケトン基をアセタールに変換するための保護基導入剤は、上記アセタールに対応するアルコール、ジオール及び/又はチオール、並びに、必要であればヒドロキシル基を一時的に活性化させる酸又は塩基等である。
Of the functional groups, aldehyde groups and ketone groups can be inactivated by conversion to acetal groups or the like.
Examples of acetal protection include those described above, dimethyl acetal protection, cyclic acetal protection, dithioacetal protection, and the like. Protecting group introducing agent for converting aldehyde group or ketone group to acetal is alcohol, diol and / or thiol corresponding to the acetal, and acid or base that temporarily activates the hydroxyl group if necessary It is.
このように、カチオン性界面活性剤や、その他適切な保護基導入剤を選択することによって、カーボン担体の表面に存在する官能基を的確且つ簡便に不活性化させることができる。これらの保護基導入剤は、後述する脱保護工程において確実且つ簡便に脱保護できるものを選択するのが好ましい。 Thus, the functional group present on the surface of the carbon support can be deactivated accurately and simply by selecting a cationic surfactant or other appropriate protective group-introducing agent. These protecting group introduction agents are preferably selected from those that can be reliably and easily deprotected in the deprotecting step described later.
1−2−2.官能基を還元する方法
本方法は、具体的には、カーボン担体に担持されたコア微粒子と、還元剤とを混合することにより、カーボン担体の表面に存在する官能基を還元する方法である。ここでいう官能基とは、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アルデヒド基及びケトン基の他に、ラクトン基、キノン基、酸無水物基、アシル基及びエステル基も含む。
還元剤は、当該官能基と反応して、当該官能基を炭素−炭素二重結合、炭素−炭素単結合又は炭素−水素単結合へ変換するものであるのが好ましい。また、還元剤は、当該官能基以外の炭素表面の環境、例えば、コア微粒子の電子状態等に影響しないものであるのが好ましい。
還元剤の具体例としては、水素化アルミニウムリチウム(LiAlH4)や水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)、水素化ジイソブチルアルミニウム([(CH3)2CHCH2]2AlH)等のヒドリド錯体;ナトリウムアマルガムや亜鉛アマルガム等の合金;亜硫酸水素ナトリウム(NaHSO3)や亜硫酸ナトリウム(Na2SO3)等の亜硫酸塩;シュウ酸、ギ酸等の酸;ヒドラジン(H2NNH2)、並びに、その誘導体であるセミカルバジド(H2NNHC(=O)NH2)及びチオセミカルバジド(H2NNHC(=S)NH2);等を挙げることができる。
1-2-2. Method of reducing functional group Specifically, this method is a method of reducing the functional group present on the surface of the carbon support by mixing the core fine particles supported on the carbon support with a reducing agent. The functional group herein includes a lactone group, a quinone group, an acid anhydride group, an acyl group, and an ester group in addition to a carboxyl group, a hydroxyl group, an aldehyde group, and a ketone group.
The reducing agent preferably reacts with the functional group to convert the functional group into a carbon-carbon double bond, a carbon-carbon single bond, or a carbon-hydrogen single bond. The reducing agent is preferably one that does not affect the environment on the carbon surface other than the functional group, for example, the electronic state of the core fine particles.
Specific examples of the reducing agent include hydride complexes such as lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), and diisobutylaluminum hydride ([(CH 3 ) 2 CHCH 2 ] 2 AlH); sodium amalgam And alloys such as zinc amalgam; sulfites such as sodium bisulfite (NaHSO 3 ) and sodium sulfite (Na 2 SO 3 ); acids such as oxalic acid and formic acid; hydrazine (H 2 NNH 2 ) and derivatives thereof Semicarbazide (H 2 NNHC (═O) NH 2 ) and thiosemicarbazide (H 2 NNHC (═S) NH 2 );
1−3.コア部にシェル部を被覆する工程
本工程は、上記不活性化工程の後に、コア微粒子をコア部として、当該コア部にシェル部を被覆する工程である。
コア部に対するシェル部の被覆は、1段階の反応を経て行われてもよいし、多段階の反応を経て行われてもよい。
以下、2段階の反応を経てシェル部の被覆が行われる例について主に説明する。
1-3. Step of covering the core portion with the shell portion This step is a step of covering the core portion with the core portion using the core fine particles as the core portion after the deactivation step.
The coating of the shell portion on the core portion may be performed through a one-step reaction or may be performed through a multi-step reaction.
Hereinafter, an example in which the shell portion is coated through a two-step reaction will be mainly described.
2段階の反応を経てコア部に対するシェル部の被覆が行われる例としては、少なくとも、コア微粒子をコア部として、当該コア部に単原子層を被覆する工程、及び、当該単原子層を、シェル部に置換する工程を有する例が挙げられる。 As an example in which the shell part is coated on the core part through a two-step reaction, at least a step of coating the core part with a monoatomic layer using the core fine particles as a core part, and the monoatomic layer as a shell The example which has the process substituted to a part is given.
本例の具体的な方法としては、アンダーポテンシャル析出法によって予めコア部表面に単原子層を形成した後、当該単原子層をシェル部に置換する方法が挙げられる。アンダーポテンシャル析出法としては、Cu−UPD法を用いることが好ましい。
特に、コア微粒子としてパラジウム微粒子を使用し、シェル部に白金を使用する場合には、Cu−UPD法によって、白金の被覆率が高く耐久性に優れるコアシェル型触媒微粒子を製造できる。
As a specific method of this example, there is a method in which a monoatomic layer is formed on the surface of the core portion in advance by an underpotential deposition method, and then the monoatomic layer is replaced with a shell portion. As the underpotential deposition method, it is preferable to use a Cu-UPD method.
In particular, when palladium fine particles are used as the core fine particles and platinum is used for the shell portion, core-shell type catalyst fine particles having a high platinum coverage and excellent durability can be produced by the Cu-UPD method.
以下、Cu−UPD法の具体例について説明する。
まず、上記不活性化したカーボン担体に担持されたパラジウム(以下、Pd/Cと称する)粉末を水に分散させ、ろ過して得たPd/Cペーストを電気化学セルの作用極に塗工する。当該作用極としては、白金メッシュや、グラッシーカーボンを用いることができる。
次に、電気化学セルに銅溶液を加え、当該銅溶液中に上記作用極、参照極及び対極を浸し、Cu−UPD法により、パラジウム粒子の表面に銅の単原子層を析出させる。具体的な析出条件の一例を下記に示す。
・銅溶液:0.05mol/L CuSO4と0.05mol/L H2SO4の混合溶液(窒素をバブリングさせる)
・雰囲気:窒素雰囲気下
・掃引速度:0.2〜0.01mV/秒
・電位:約0.8V(vsRHE)から約0.4V(vsRHE)まで掃引した後、約0.4V(vsRHE)で電位を固定する。
・電位固定時間:60〜180分間
Hereinafter, specific examples of the Cu-UPD method will be described.
First, palladium (hereinafter referred to as Pd / C) powder supported on the deactivated carbon support is dispersed in water, and the Pd / C paste obtained by filtration is applied to the working electrode of the electrochemical cell. . As the working electrode, platinum mesh or glassy carbon can be used.
Next, a copper solution is added to the electrochemical cell, the working electrode, the reference electrode, and the counter electrode are immersed in the copper solution, and a copper monoatomic layer is deposited on the surface of the palladium particles by the Cu-UPD method. An example of specific deposition conditions is shown below.
Copper solution: mixed solution of 0.05 mol / L CuSO 4 and 0.05 mol / L H 2 SO 4 (nitrogen is bubbled)
-Atmosphere: Under nitrogen atmosphere-Sweep speed: 0.2-0.01 mV / sec-Potential: After sweeping from about 0.8 V (vsRHE) to about 0.4 V (vsRHE), at about 0.4 V (vsRHE) Fix the potential.
-Potential fixing time: 60-180 minutes
上記電位固定時間が終了した後、速やかに作用極を白金溶液に浸漬させ、イオン化傾向の違いを利用して銅と白金とを置換メッキする。置換メッキは、窒素雰囲気等の不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。白金溶液は特に限定されないが、例えば、0.1mol/L HClO4中にK2PtCl4を溶解させた白金溶液が使用できる。白金溶液は十分に攪拌し、当該溶液中には窒素をバブリングさせる。置換メッキ時間は、90分以上確保することが好ましい。
上記置換メッキによって、パラジウム粒子表面に白金の単原子層が析出した、コアシェル型触媒微粒子が得られる。
After the potential fixing time is completed, the working electrode is immediately immersed in a platinum solution, and copper and platinum are replaced by plating using the difference in ionization tendency. The displacement plating is preferably performed in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere. The platinum solution is not particularly limited. For example, a platinum solution in which K 2 PtCl 4 is dissolved in 0.1 mol / L HClO 4 can be used. The platinum solution is thoroughly stirred and nitrogen is bubbled through the solution. The displacement plating time is preferably secured for 90 minutes or more.
By the displacement plating, core-shell type catalyst fine particles in which a platinum monoatomic layer is deposited on the surface of palladium particles are obtained.
シェル部を構成するシェル金属材料としては、結晶系が立方晶系であり、a=3.80〜4.08Åの格子定数を有する金属結晶を形成する材料を採用することができる。このような金属材料の例としては、白金、イリジウム及び金並びにこれらの合金等の金属材料を挙げることができ、この中でも、白金をシェル金属材料とするのが好ましい。 As the shell metal material constituting the shell portion, a material that forms a metal crystal having a cubic crystal system and a lattice constant of a = 3.80 to 4.084 can be employed. Examples of such a metal material include metal materials such as platinum, iridium and gold, and alloys thereof. Among these, platinum is preferably used as the shell metal material.
コア微粒子をパラジウム又はパラジウム合金とし、シェル金属材料を白金とする組み合わせが特に好ましい。白金は、触媒活性、特に酸素還元反応(ORR:Oxygen Reduction Reaction)活性に優れている。また、白金の格子定数は3.92Åであるのに対し、パラジウムの格子定数は3.89Åであり、パラジウムの格子定数は白金の格子定数の±5%の範囲内の値であることから、白金−パラジウム間で格子不整合が生じず、白金によるパラジウムの被覆が十分に行われる。 A combination in which the core fine particles are palladium or a palladium alloy and the shell metal material is platinum is particularly preferable. Platinum is excellent in catalytic activity, particularly oxygen reduction reaction (ORR) activity. In addition, the lattice constant of platinum is 3.92Å, whereas the lattice constant of palladium is 3.89Å, and the lattice constant of palladium is a value within a range of ± 5% of the lattice constant of platinum. There is no lattice mismatch between platinum and palladium, and palladium is sufficiently covered with platinum.
以下、コア微粒子としてパラジウムを、シェル金属材料として白金を用いた場合を例に挙げ説明する。
図1は、本発明の製造方法における、コア部にシェル部を被覆する工程を模式的に示した図である。なお、二重波線は図の省略を意味する。また、白金が被覆されたパラジウム微粒子については、その断面を模式的に示す。
図1(a)は、パラジウム微粒子がカーボンに担持された様子を示す模式図である。カーボン表面上のカルボキシル基等の官能基は、保護基によって予め不活性化されている。なお、図1(a)の「OP」は、カルボキシル基の酸素と保護基(Protecting group)とが、化学結合により結合していることを示す。
図1(b)は、図1(a)の状態から、Cu−UPD法により、パラジウム微粒子上に銅が被覆された様子を示す模式図である。このとき、カルボキシル基は保護基が結合しているため、銅イオン(Cu2+)による影響を受けない。
図1(c)は、図1(b)の状態から、置換メッキ法により銅を白金に置換メッキした様子を示す模式図である。置換メッキ法により、パラジウム微粒子上に被覆された銅が溶解し、白金がパラジウム上に析出する。このとき、カルボキシル基は不活性化されているため、白金イオンはカルボキシル基に吸着されない。
図1(d)は、置換メッキ終了時の様子を示す模式図である。図3に示した従来の製造方法とは異なり、コアシェル型触媒微粒子とは別に白金微粒子が生成することがなく、したがって、白金の使用量が減り、コストの低減が達成できる。
Hereinafter, the case where palladium is used as the core fine particles and platinum is used as the shell metal material will be described as an example.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a process of covering a core part with a shell part in the manufacturing method of the present invention. The double wavy line means that the drawing is omitted. Moreover, about the palladium fine particle coat | covered with platinum, the cross section is shown typically.
FIG. 1A is a schematic view showing a state in which palladium fine particles are supported on carbon. Functional groups such as carboxyl groups on the carbon surface are previously inactivated by protective groups. In addition, “OP” in FIG. 1A indicates that the oxygen of the carboxyl group and the protecting group are bonded by a chemical bond.
FIG.1 (b) is a schematic diagram which shows a mode that copper was coat | covered on the palladium fine particle by the Cu-UPD method from the state of Fig.1 (a). At this time, since the protective group is bonded to the carboxyl group, the carboxyl group is not affected by copper ions (Cu 2+ ).
FIG.1 (c) is a schematic diagram which shows a mode that substitution plating of copper was carried out to platinum by the substitution plating method from the state of FIG.1 (b). By the displacement plating method, copper coated on the palladium fine particles is dissolved, and platinum is deposited on the palladium. At this time, since the carboxyl group is inactivated, platinum ions are not adsorbed to the carboxyl group.
FIG. 1D is a schematic diagram showing a state at the end of displacement plating. Unlike the conventional manufacturing method shown in FIG. 3, platinum fine particles are not generated separately from the core-shell type catalyst fine particles. Therefore, the amount of platinum used is reduced, and the cost can be reduced.
カーボン担持コアシェル型金属ナノ微粒子の平均粒径は、4〜10nmであるのが好ましい。平均粒径が4nm未満の場合には、触媒表面積当たりの活性が低下するおそれがあり、また、平均粒径が20nmを超えても、触媒表面積当たりの活性は向上しないが、コア金属材料の使用量が多くなり、資源のむだが多くなりコストがかさむおそれがある。
コアシェル型金属ナノ微粒子のシェル部は、好ましくは単原子層であるため、シェル部の厚さは、好ましくは0.17〜0.23nmである。したがって、コアシェル型金属ナノ微粒子の平均粒径に対し、シェル部の厚さがほぼ無視でき、コア部の平均粒径と、コアシェル型金属ナノ微粒子の平均粒径とがほぼ等しいことが好ましい。
The average particle size of the carbon-supported core-shell type metal nanoparticles is preferably 4 to 10 nm. If the average particle size is less than 4 nm, the activity per catalyst surface area may be reduced, and if the average particle size exceeds 20 nm, the activity per catalyst surface area does not improve, but the use of the core metal material There is a risk that the amount will increase, resources will increase, but costs will increase.
Since the shell part of the core-shell type metal nanoparticle is preferably a monoatomic layer, the thickness of the shell part is preferably 0.17 to 0.23 nm. Therefore, it is preferable that the thickness of the shell portion is substantially negligible with respect to the average particle size of the core-shell type metal nanoparticle, and the average particle size of the core portion and the average particle size of the core-shell type metal nanoparticle are approximately equal.
1−4.その他の工程
上記コア部にシェル部を被覆する工程の後には、カーボン担持コアシェル型触媒微粒子のろ過・洗浄、乾燥及び粉砕が行われてもよい。
カーボン担持コアシェル型触媒微粒子のろ過・洗浄は、製造された微粒子のコアシェル構造及び担持状態を損なうことなく、不純物を除去できる方法であれば特に限定されない。当該ろ過・洗浄の例としては、超純水を加えて吸引ろ過する例が挙げられる。超純水を加えて吸引ろ過する操作は、10回程度繰り返すことが好ましい。
カーボン担持コアシェル型触媒微粒子の乾燥は、溶媒等を除去できる方法であれば特に限定されない。当該乾燥の例としては、60℃程度の温度条件下で、真空乾燥機によって12時間程度乾燥する例が挙げられる。
カーボン担持コアシェル型触媒微粒子の粉砕は、固形物を粉砕できる方法であれば特に限定されない。当該粉砕の例としては、乳鉢等を用いた粉砕や、ボールミル、ターボミル、メカノフュージョン、ディスクミル等のメカニカルミリングが挙げられる。
1-4. Other Steps After the step of coating the core portion with the shell portion, the carbon-supported core-shell type catalyst fine particles may be filtered, washed, dried and pulverized.
The filtration and washing of the carbon-supported core-shell type catalyst fine particles are not particularly limited as long as the method can remove impurities without impairing the core-shell structure and the supported state of the produced fine particles. Examples of the filtration / washing include an example of adding ultrapure water and performing suction filtration. The operation of adding ultrapure water and performing suction filtration is preferably repeated about 10 times.
The drying of the carbon-supporting core-shell type catalyst fine particles is not particularly limited as long as the method can remove the solvent and the like. As an example of the drying, an example in which drying is performed for about 12 hours by a vacuum dryer under a temperature condition of about 60 ° C. is given.
The pulverization of the carbon-supporting core-shell type catalyst fine particles is not particularly limited as long as it is a method capable of pulverizing a solid. Examples of the pulverization include pulverization using a mortar and the like, and mechanical milling such as a ball mill, a turbo mill, a mechanofusion, and a disk mill.
2.触媒インクの製造方法
本発明の触媒インクの製造方法は、上記製造方法により得られたカーボン担持コアシェル型触媒微粒子と、親水化剤とを混合することにより、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を親水化させる親水化工程、並びに、少なくとも、前記親水化工程を経たカーボン担持コアシェル型触媒微粒子、及び、電解質を混合する工程を有することを特徴とする。
2. Method for Producing Catalyst Ink The method for producing the catalyst ink of the present invention comprises the functional group present on the surface of the carbon carrier by mixing the carbon-supporting core-shell type catalyst fine particles obtained by the above production method with a hydrophilizing agent. And a step of mixing at least the carbon-supporting core-shell type catalyst particles that have undergone the hydrophilic step and an electrolyte.
カーボン担持コアシェル型触媒微粒子を合成した後、当該触媒微粒子を用いて膜・電極接合体を作製する際には、触媒を分散媒等に分散させて、触媒インク化することが好ましい。インク中の触媒の分散性、及び、触媒と電解質との親和性を向上させるためには、カーボン担体表面の官能基を親水化させることが好ましい。 After synthesizing the carbon-supporting core-shell type catalyst fine particles, when producing a membrane / electrode assembly using the catalyst fine particles, it is preferable to disperse the catalyst in a dispersion medium or the like to form a catalyst ink. In order to improve the dispersibility of the catalyst in the ink and the affinity between the catalyst and the electrolyte, it is preferable to make the functional group on the surface of the carbon support hydrophilic.
本発明は、(1)カーボン担体の表面に存在する官能基を親水化させる工程、及び、(2)カーボン担持コアシェル型触媒微粒子及び電解質を混合する工程を有する。本発明は、必ずしも上記2工程のみに限定されることはない。
以下、上記工程(1)及び(2)について、順に説明する。
The present invention includes (1) a step of hydrophilizing a functional group present on the surface of a carbon support, and (2) a step of mixing carbon-supporting core-shell type catalyst fine particles and an electrolyte. The present invention is not necessarily limited to the above two steps.
Hereinafter, the steps (1) and (2) will be described in order.
2−1.カーボン担体の表面に存在する官能基を親水化させる工程
本工程は、上記製造方法により得られたカーボン担持コアシェル型触媒微粒子と、親水化剤とを混合することにより、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を親水化させる工程である。
2-1. The step of hydrophilizing the functional group present on the surface of the carbon support This step exists on the surface of the carbon support by mixing the carbon-supported core-shell type catalyst particles obtained by the above production method with a hydrophilizing agent. This is a step of hydrophilizing the functional group.
カーボン担体の表面に存在する官能基を親水化させる具体的な方法は、カーボン担持コアシェル型触媒微粒子と、脱保護剤とを混合することにより、カーボン担体の表面に存在する官能基から保護基を除去する方法である。
脱保護剤は、当該官能基と選択的に反応して脱保護が進行する一方、当該官能基以外の炭素表面の環境、例えば、担持カーボンの炭素−炭素二重結合や炭素−炭素単結合等と反応しないものであるのが好ましい。
有効な脱保護剤は官能基により異なる。以下、上記「1−2−1.官能基に保護基を導入する方法」で説明した保護基の脱保護について簡単に説明する。
A specific method for hydrophilizing the functional group present on the surface of the carbon support is to mix the carbon-supported core-shell type catalyst particles and the deprotecting agent to remove the protective group from the functional group present on the surface of the carbon support. It is a method of removing.
While the deprotection agent selectively reacts with the functional group and proceeds with deprotection, the carbon surface environment other than the functional group, for example, a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon single bond of the supported carbon It is preferable that it does not react with.
Effective deprotecting agents depend on the functional group. Hereinafter, the deprotection of the protecting group described in “1-2-1. Method for Introducing Protecting Group into Functional Group” will be briefly described.
保護基導入剤としてカチオン性界面活性剤を使用した場合には、保護前の官能基よりも強い酸を作用させることで脱保護することが好ましい。例えば、カルボキシル基を脱保護したい場合には、カルボン酸より強い酸、具体的には、過塩素酸、過マンガン酸、亜塩素酸、硫酸、セレン酸等を作用させることが好ましい。 When a cationic surfactant is used as a protecting group introducing agent, it is preferable to deprotect by applying an acid stronger than the functional group before protection. For example, when it is desired to deprotect a carboxyl group, it is preferable to act an acid stronger than carboxylic acid, specifically, perchloric acid, permanganic acid, chlorous acid, sulfuric acid, selenic acid and the like.
エステル基を脱保護してカルボキシル基に変換する場合には、強酸性条件下で脱保護が進行し、必要ならばパラジウム錯体等の金属錯体を使用することもできる。
エーテル基を脱保護してヒドロキシル基に変換する場合には、強いブレンステッド酸又はルイス酸を使用できる他、コバルト錯体やパラジウム錯体等の金属錯体を使用することもできる。
アセタールを脱保護してヒドロキシル基、アルデヒド基又はケトン基に変換する場合には、酸性条件下、水との反応で脱保護が進行する。
アシル基を脱保護してヒドロキシル基に変換する場合には、塩基やヒドリド還元剤が使用できる。
シリルエーテル基を脱保護してヒドロキシル基に変換する場合には、酸性条件下、又は、フッ化テトラ−n−ブチルアンモニウム(TBAF)等のフッ化物イオン源を作用させることで脱保護が進行する。
When the ester group is deprotected and converted to a carboxyl group, the deprotection proceeds under strongly acidic conditions, and a metal complex such as a palladium complex can be used if necessary.
When the ether group is deprotected and converted to a hydroxyl group, a strong Bronsted acid or Lewis acid can be used, and a metal complex such as a cobalt complex or a palladium complex can also be used.
When the acetal is deprotected and converted to a hydroxyl group, aldehyde group or ketone group, the deprotection proceeds by reaction with water under acidic conditions.
When the acyl group is deprotected and converted to a hydroxyl group, a base or a hydride reducing agent can be used.
When the silyl ether group is deprotected and converted to a hydroxyl group, the deprotection proceeds under acidic conditions or by applying a fluoride ion source such as tetra-n-butylammonium fluoride (TBAF). .
なお、本工程は、上記「1−3.コア部にシェル部を被覆する工程」を経た後であれば、いつでも行うことができる。すなわち、本工程は、コア部にシェル部を被覆する工程とろ過・洗浄工程の間、ろ過・洗浄工程と乾燥工程の間、乾燥工程と粉砕工程の間、及び、粉砕工程後のうち、いつでも行える。 In addition, this process can be performed anytime as long as it has passed through the above-mentioned “1-3. That is, this process is performed at any time during the process of covering the core part with the shell part and the filtration / washing process, between the filtration / washing process and the drying process, between the drying process and the grinding process, and after the grinding process. Yes.
2−2.カーボン担持コアシェル型触媒微粒子及び電解質を混合する工程
本工程は、少なくとも、上記親水化工程を経たカーボン担持コアシェル型触媒微粒子、及び、電解質を混合する工程である。
2-2. Step of Mixing Carbon-Supported Core-Shell Type Catalyst Fine Particles and Electrolyte This step is a step of mixing at least the carbon-supported core-shell type catalyst fine particles and the electrolyte that have undergone the hydrophilic step.
触媒インクは、カーボン担持コアシェル型触媒微粒子及び電極用電解質等を、溶媒に溶解させて、又は、分散媒に分散させて得られる。触媒インクの溶媒は、適宜選択すればよく、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等の有機溶媒、又はこれら有機溶媒の混合物やこれら有機溶媒と水との混合物を用いることができる。触媒インクには、触媒及び電解質以外にも、必要に応じて結着剤や撥水性樹脂等のその他の成分を含有させてもよい。
電極用電解質としては、後述する高分子電解質膜同様の材料を用いることができる。
The catalyst ink is obtained by dissolving the carbon-supported core-shell type catalyst fine particles, the electrode electrolyte and the like in a solvent or dispersing them in a dispersion medium. The solvent of the catalyst ink may be appropriately selected. For example, alcohols such as methanol, ethanol and propanol, organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and dimethyl sulfoxide (DMSO), or organic solvents such as these Mixtures and mixtures of these organic solvents and water can be used. In addition to the catalyst and the electrolyte, the catalyst ink may contain other components such as a binder and a water repellent resin as necessary.
As the electrode electrolyte, the same material as the polymer electrolyte membrane described later can be used.
3.触媒層
本発明の触媒層は、上記製造方法により製造される触媒インクを含むことを特徴とする。
3. Catalyst Layer The catalyst layer of the present invention is characterized by containing a catalyst ink produced by the above production method.
図2は、本発明の触媒層を備える燃料電池の一例を示す図であって、積層方向に切断した断面を模式的に示した図である。燃料電池100は、水素イオン伝導性を有する固体高分子電解質膜(以下、単に電解質膜ということがある)1と、前記電解質膜1を挟んだ一対のカソード電極6及びアノード電極7とでなる膜・電極接合体8を含み、さらに前記膜・電極接合体8を電極の外側から挟んだ一対のセパレータ9及び10とでなる。セパレータと電極の境界にはガス流路11及び12が確保されている。電極として、電解質膜側から順に触媒層とガス拡散層とを積層して構成されたものが用いられる。すなわち、カソード電極6はカソード触媒層2とガス拡散層4とを積層したものからなり、アノード電極7はアノード触媒層3とガス拡散層5とを積層したものからなる。本発明の触媒層は、カソード触媒層、アノード触媒層のいずれに用いることもできる。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a fuel cell including the catalyst layer of the present invention, and is a diagram schematically showing a cross section cut in the stacking direction. A
高分子電解質膜とは、燃料電池において使用される高分子電解質膜であり、ナフィオン(商品名)に代表されるパーフルオロカーボンスルホン酸樹脂のようなフッ素系高分子電解質を含むフッ素系高分子電解質膜の他、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリパラフェニレン等のエンジニアリングプラスチックや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の汎用プラスチック等の炭化水素系高分子にスルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基、ボロン酸基等のプロトン酸基(プロトン伝導性基)を導入した炭化水素系高分子電解質を含む炭化水素系高分子電解質膜等が挙げられる。 The polymer electrolyte membrane is a polymer electrolyte membrane used in a fuel cell, and includes a fluorine polymer electrolyte membrane containing a fluorine polymer electrolyte such as perfluorocarbon sulfonic acid resin represented by Nafion (trade name). In addition, sulfonic acids can be added to hydrocarbon polymers such as engineering plastics such as polyetheretherketone, polyetherketone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, and polyparaphenylene, and general-purpose plastics such as polyethylene, polypropylene, and polystyrene. And hydrocarbon polymer electrolyte membranes including hydrocarbon polymer electrolytes into which proton acid groups (proton conductive groups) such as groups, carboxylic acid groups, phosphoric acid groups, and boronic acid groups are introduced.
電極は、触媒層とガス拡散層とを有する。
アノード触媒層及びカソード触媒層はいずれも、上述した本発明に係る触媒インクを用いて形成することができる。
The electrode has a catalyst layer and a gas diffusion layer.
Both the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer can be formed using the catalyst ink according to the present invention described above.
触媒層の形成方法は特に限定されず、例えば、触媒インクをガス拡散層シートの表面に塗布、乾燥することによって、ガス拡散層シート表面に触媒層を形成してもよいし、或いは、電解質膜表面に触媒インクを塗布、乾燥することによって、電解質膜表面に触媒層を形成してもよい。或いは、転写用基材表面に触媒インクを塗布、乾燥することによって、転写シートを作製し、該転写シートを、電解質膜又はガス拡散シートと熱圧着等により接合した後、転写シートの基材フィルムを剥離する方法で、電解質膜表面上に触媒層を形成するか、ガス拡散層シート表面に触媒層を形成してもよい。 The method for forming the catalyst layer is not particularly limited. For example, the catalyst layer may be formed on the surface of the gas diffusion layer sheet by applying and drying the catalyst ink on the surface of the gas diffusion layer sheet, or the electrolyte membrane. A catalyst layer may be formed on the surface of the electrolyte membrane by applying a catalyst ink on the surface and drying. Alternatively, a transfer sheet is prepared by applying and drying a catalyst ink on the surface of the transfer substrate, and the transfer sheet is joined to the electrolyte membrane or the gas diffusion sheet by thermocompression bonding or the like. The catalyst layer may be formed on the surface of the electrolyte membrane or the catalyst layer may be formed on the surface of the gas diffusion layer sheet.
触媒インクの塗布方法、乾燥方法等は適宜選択することができる。例えば、塗布方法としては、スプレー法、スクリーン印刷法、ドクターブレード法、グラビア印刷法、ダイコート法などが挙げられる。また、乾燥方法としては、例えば、減圧乾燥、加熱乾燥、減圧加熱乾燥などが挙げられる。減圧乾燥、加熱乾燥における具体的な条件に制限はなく、適宜設定すればよい。また、触媒層の膜厚は、特に限定されないが、1〜50μm程度とすればよい。 The method for applying the catalyst ink, the drying method, and the like can be selected as appropriate. For example, examples of the coating method include a spray method, a screen printing method, a doctor blade method, a gravure printing method, and a die coating method. Examples of the drying method include vacuum drying, heat drying, and vacuum heat drying. There is no restriction | limiting in the specific conditions in reduced pressure drying and heat drying, What is necessary is just to set suitably. The thickness of the catalyst layer is not particularly limited, but may be about 1 to 50 μm.
ガス拡散層を形成するガス拡散層シートとしては、触媒層に効率良く燃料を供給することができるガス拡散性、導電性、及びガス拡散層を構成する材料として要求される強度を有するもの、例えば、カーボンペーパー、カーボンクロス、カーボンフェルト等の炭素質多孔質体や、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケル−クロム合金、銅及びその合金、銀、アルミ合金、亜鉛合金、鉛合金、チタン、ニオブ、タンタル、鉄、ステンレス、金、白金等の金属から構成される金属メッシュ又は金属多孔質体等の導電性多孔質体からなるものが挙げられる。導電性多孔質体の厚さは、50〜500μm程度であることが好ましい。 As the gas diffusion layer sheet for forming the gas diffusion layer, a gas diffusion property that can efficiently supply fuel to the catalyst layer, conductivity, and strength required as a material constituting the gas diffusion layer, for example, Carbonaceous porous bodies such as carbon paper, carbon cloth, carbon felt, titanium, aluminum, copper, nickel, nickel-chromium alloy, copper and its alloys, silver, aluminum alloy, zinc alloy, lead alloy, titanium, niobium , Tantalum, iron, stainless steel, gold, platinum, and the like, and those made of a conductive porous material such as a metal mesh or a metal porous material. The thickness of the conductive porous body is preferably about 50 to 500 μm.
ガス拡散層シートは、上記したような導電性多孔質体の単層からなるものであってもよいが、触媒層に面する側に撥水層を設けることもできる。撥水層は、通常、炭素粒子や炭素繊維等の導電性粉粒体、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等の撥水性樹脂等を含む多孔質構造を有するものである。撥水層は、必ずしも必要なものではないが、触媒層及び電解質膜内の水分量を適度に保持しつつ、ガス拡散層の排水性を高めることができる上に、触媒層とガス拡散層間の電気的接触を改善することができるという利点がある。
上記したような方法によって触媒層を形成した電解質膜及びガス拡散層シートは、適宜、重ね併せて熱圧着等し、互いに接合することで、膜・電極接合体が得られる。
The gas diffusion layer sheet may be composed of a single layer of the conductive porous body as described above, but a water repellent layer may be provided on the side facing the catalyst layer. The water-repellent layer usually has a porous structure containing conductive particles such as carbon particles and carbon fibers, water-repellent resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), and the like. The water-repellent layer is not always necessary, but it can improve the drainage of the gas diffusion layer while maintaining an appropriate amount of water in the catalyst layer and the electrolyte membrane. There is an advantage that electrical contact can be improved.
The electrolyte membrane and gas diffusion layer sheet on which the catalyst layer has been formed by the above-described method are appropriately overlapped and subjected to thermocompression bonding or the like, and joined together to obtain a membrane / electrode assembly.
作製された膜・電極接合体は、好ましくは、反応ガス流路を有するセパレータで狭持され、単セルを形成する。セパレータとしては、導電性及びガスシール性を有し、集電体及びガスシール体として機能しうるもの、例えば、炭素繊維を高濃度に含有し、樹脂との複合材からなるカーボンセパレータや、金属材料を用いた金属セパレータ等を用いることができる。金属セパレータとしては、耐腐食性に優れた金属材料からなるものや、表面をカーボンや耐腐食性に優れた金属材料等で被覆し、耐腐食性を高めるコーティングが施されたもの等が挙げられる。 The produced membrane / electrode assembly is preferably held by a separator having a reaction gas flow path to form a single cell. The separator has conductivity and gas sealing properties, and can function as a current collector and gas sealing body, for example, a carbon separator containing a high concentration of carbon fiber and made of a composite material with resin, metal A metal separator using a material can be used. Examples of the metal separator include those made of a metal material excellent in corrosion resistance, and those coated with a coating that enhances the corrosion resistance by coating the surface with carbon or a metal material excellent in corrosion resistance. .
1 固体高分子電解質膜
2 カソード触媒層
3 アノード触媒層
4,5 ガス拡散層
6 カソード電極
7 アノード電極
8 膜・電極接合体
9,10 セパレータ
11,12 ガス流路
100 燃料電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid
Claims (7)
コア微粒子が担持されたカーボン担体を準備する工程、
前記コア微粒子が担持されたカーボン担体と、不活性化剤とを混合することにより、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を不活性化させる不活性化工程、及び、
前記不活性化工程の後に、前記コア微粒子をコア部として、当該コア部に前記シェル部を被覆する工程を有することを特徴とする、カーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法。 A method for producing carbon-supported core-shell type catalyst fine particles, comprising a core part and a shell part covering the core part,
A step of preparing a carbon support on which core fine particles are supported ;
An inactivation step of inactivating a functional group present on the surface of the carbon support by mixing the carbon support on which the core fine particles are supported and an inactivating agent; and
A method for producing carbon-supported core-shell type catalyst fine particles, comprising, after the deactivation step, a step of covering the core part with the shell part using the core fine particle as a core part.
前記不活性化工程が、前記コア微粒子が担持されたカーボン担体と、前記保護基導入剤とを混合することにより、前記カーボン担体の表面に存在する官能基に保護基を結合させる保護基導入工程である、請求項1に記載のカーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法。 The deactivator is a protecting group introducing agent,
In the inactivation step, a protective group introduction step of bonding a protective group to a functional group present on the surface of the carbon support by mixing the carbon support carrying the core fine particles and the protective group introduction agent. The method for producing carbon-supported core-shell type catalyst fine particles according to claim 1, wherein
前記不活性化工程が、前記コア微粒子が担持されたカーボン担体と、前記還元剤とを混合することにより、前記カーボン担体の表面に存在する官能基を還元する還元工程である、請求項1に記載のカーボン担持コアシェル型触媒微粒子の製造方法。 The deactivator is a reducing agent;
The deactivation step is a reduction step in which a functional group present on the surface of the carbon support is reduced by mixing the carbon support on which the core fine particles are supported and the reducing agent. A method for producing the carbon-supported core-shell type catalyst fine particles as described.
少なくとも、前記親水化工程を経たカーボン担持コアシェル型触媒微粒子、及び、電解質を混合する工程を有することを特徴とする、触媒インクの製造方法。 A functional group present on the surface of the carbon carrier is obtained by mixing the carbon-supporting core-shell type catalyst fine particles obtained by the production method according to any one of claims 1 to 4 and a hydrophilizing agent. A hydrophilization step for hydrophilization, and
A method for producing a catalyst ink, comprising: a step of mixing at least the carbon-supported core-shell type catalyst particles that have undergone the hydrophilization step and an electrolyte.
前記親水化工程が、前記カーボン担体の表面に存在する官能基から保護基を除去する脱保護工程である、請求項5に記載の触媒インクの製造方法。 The hydrophilizing agent is a deprotecting agent;
The method for producing a catalyst ink according to claim 5, wherein the hydrophilization step is a deprotection step of removing a protective group from a functional group present on the surface of the carbon support.
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