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WO2019013052A1 - 炭素触媒、電池電極及び電池 - Google Patents

炭素触媒、電池電極及び電池 Download PDF

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WO2019013052A1
WO2019013052A1 PCT/JP2018/025250 JP2018025250W WO2019013052A1 WO 2019013052 A1 WO2019013052 A1 WO 2019013052A1 JP 2018025250 W JP2018025250 W JP 2018025250W WO 2019013052 A1 WO2019013052 A1 WO 2019013052A1
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WO
WIPO (PCT)
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carbon
catalyst
less
carbon catalyst
desorption amount
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/025250
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
鉄太郎 佐藤
裕次 窪田
武亮 岸本
久美 成塚
浩司 鎌田
小林　義和
Original Assignee
日清紡ホールディングス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日清紡ホールディングス株式会社 filed Critical 日清紡ホールディングス株式会社
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Priority to CN201880046591.2A priority patent/CN110869121B/zh
Priority to CA3069575A priority patent/CA3069575A1/en
Priority to US16/629,533 priority patent/US11387466B2/en
Priority to CN202310754369.0A priority patent/CN116651431A/zh
Priority to JP2019517451A priority patent/JP6554252B2/ja
Priority to EP18831901.6A priority patent/EP3653295A4/en
Publication of WO2019013052A1 publication Critical patent/WO2019013052A1/ja
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    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to carbon catalysts, battery electrodes and batteries.
  • a platinum catalyst is used as a catalyst for a fuel cell electrode.
  • problems to be solved such as the limited reserves of platinum and the increase in cost due to the use of platinum in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). For this reason, development of alternative technologies that do not use platinum is in progress.
  • PEFC polymer electrolyte fuel cell
  • Patent Document 1 discloses a carbonized material obtained by carbonizing a transition metal-containing ion exchange resin, and a large number of shell-like carbon particles having an average particle diameter of 10 to 20 nm are in a non-aggregated state A fuel cell electrode catalyst is described which is formed collectively.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a carbon catalyst, a battery electrode, and a battery having excellent catalytic activity and excellent durability.
  • the carbon catalyst according to one aspect of the present invention for solving the above problems separates a diffraction peak having a diffraction angle 2 ⁇ of around 26 ° in an X-ray diffraction pattern of powder X-ray diffraction by CuK ⁇ ray.
  • diffraction angle 2 ⁇ is 24.0 ° ⁇ 4.0 diffraction peak f broad crystallite size Lc calculated using the Bragg angle of ° or more 0.80 nm, in the range of less 1.20 nm, 25
  • a temperature-programmed desorption method of measuring carbon dioxide desorption amount from ° C to 1200 ° C it includes a carbon structure showing a carbon dioxide desorption amount of 97 ⁇ mol / g or less from 650 ° C to 1200 ° C. According to the present invention, there is provided a carbon catalyst having excellent catalytic activity and excellent durability.
  • a carbon catalyst according to another aspect of one embodiment of the present invention for solving the above problems separates a diffraction peak having a diffraction angle 2 ⁇ of around 26 ° in an X-ray diffraction pattern of powder X-ray diffraction by CuK ⁇ ray.
  • diffraction angle 2 ⁇ obtained is 24.0 ° ⁇ 4.0 diffraction peak f broad crystallite size Lc calculated using the Bragg angle of ° or more 0.80 nm, in the range of less 1.20 nm
  • a temperature-programmed desorption method of measuring carbon monoxide desorption amount and carbon dioxide desorption amount from 25 ° C. to 1200 ° C. carbon monoxide desorption amount and carbon dioxide desorption amount from 650 ° C. to 1200 ° C. It contains a carbon structure showing a total of 647 ⁇ mol / g or less.
  • a carbon catalyst having excellent catalytic activity and excellent durability.
  • the carbon catalyst according to still another aspect of one embodiment of the present invention for solving the above problems separates a diffraction peak having a diffraction angle 2 ⁇ of around 26 ° in an X-ray diffraction pattern of powder X-ray diffraction by CuK ⁇ ray. It diffraction angles 2 ⁇ obtained is 24.0 ° ⁇ 4.0 diffraction peak f broad crystallite size Lc calculated using the Bragg angle of ° or more 0.80 nm, in the range of less 1.20nm In the temperature-programmed desorption method of measuring the carbon monoxide desorption amount from 25 ° C.
  • a carbon structure showing a carbon monoxide desorption amount of 549 ⁇ mol / g or less from 650 ° C. to 1200 ° C. is included. According to the present invention, there is provided a carbon catalyst having excellent catalytic activity and excellent durability.
  • the carbon catalyst preferably comprises the carbon monoxide desorption amount from 650 ° C. to 1200 ° C.
  • a carbon structure showing a total of 647 ⁇ mol / g or less with the carbon dioxide desorption amount may be included.
  • the carbon catalyst has a carbon monoxide desorption amount of 549 ⁇ mol / g or less from 650 ° C. to 1200 ° C. in a temperature-programmed desorption method of measuring the carbon monoxide desorption amount from 25 ° C. to 1200 ° C.
  • the structure may be included.
  • the carbon catalyst has a ratio 0.30 of the minimum intensity between the G band and the D band near 1360 cm -1 to the intensity of the G band near 1580 cm -1 in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy.
  • a carbon structure showing 0.49 or less may be included.
  • the carbon catalyst may include a carbon structure showing a half band width of 179 cm ⁇ 1 or less of a D band near 1360 cm ⁇ 1 in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy.
  • the carbon catalyst, in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy may include a half-value width 80 cm -1 carbon structure having the following G band near 1580 cm -1.
  • the carbon catalyst may contain a metal.
  • the carbon catalyst may include a carbon structure having a specific surface area of 800 m 2 / g or more as measured by a BET method.
  • the carbon catalyst may include a carbon structure having a ratio of nitrogen atom concentration of 2.0% or more to carbon atom concentration measured by X-ray photoelectron spectroscopy.
  • the carbon catalyst may include a carbon structure having a nitrogen atom content of 1.5% by weight or more as measured by elemental analysis by a combustion method.
  • the carbon catalyst In the oxygen reduction voltammogram obtained by sweeping and applying a potential using the rotary disk electrode apparatus having a working electrode containing the carbon catalyst, the carbon catalyst has a voltage of 0 when a reduction current of ⁇ 10 ⁇ A / cm 2 flows. It is also possible to indicate .810 V (vs. NHE) or more. Further, when the carbon catalyst is applied with a voltage of 0.7 V (vs. NHE) in an oxygen reduction voltammogram obtained by sweeping and applying a potential using a rotary disk electrode apparatus having a working electrode containing the carbon catalyst. The current density of ⁇ 1.0 mA / cm 2 or less may be indicated.
  • the carbon catalyst uses a rotating disk electrode device having a working electrode containing the carbon catalyst to start and finish a durability test in which a voltage of 1.2 V (vs. RHE) is applied for 10 minutes.
  • a voltage of 1.2 V vs. RHE
  • the voltammogram of the fifth cycle obtained by sweeping the potential for 5 cycles in the range of 0.0 V to 1.0 V (vs.
  • the carbon catalyst uses a rotating disk electrode device having a working electrode containing the carbon catalyst to start and finish a durability test in which a voltage of 1.2 V (vs. RHE) is applied for 10 minutes.
  • a voltage of 1.2 V vs. RHE
  • the current density maintenance rate obtained by multiplying 100 by the value obtained by dividing the current density at the end of the endurance test by the current density at the start of the endurance test may be 88.0% or more.
  • a battery electrode according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes any of the above-described carbon catalysts. According to the present invention, there is provided a battery electrode comprising a carbon catalyst having excellent catalytic activity and excellent durability.
  • a battery according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes the battery electrode. According to the present invention, there is provided a battery comprising a carbon catalyst having excellent catalytic activity and excellent durability.
  • a carbon catalyst, a battery electrode and a battery having excellent catalytic activity and excellent durability.
  • the carbon catalyst hereinafter referred to as “the present catalyst”
  • the battery electrode hereinafter referred to as the “present electrode”
  • the battery hereinafter referred to as the “present battery”
  • the inventors of the present invention conducted intensive studies on technical means for obtaining a carbon catalyst having excellent catalytic activity and excellent durability, and as a result, the crystallite size Lc obtained by powder X-ray diffraction is in a specific range Carbon catalysts which exhibit carbon monoxide desorption and / or carbon dioxide desorption below a certain threshold in a specific temperature range in the temperature-programmed desorption method, and have excellent catalytic activity and durability. It was found independently to have both, and came to complete the present invention.
  • the present catalyst according to one aspect of the present embodiment is obtained by separating a diffraction peak having a diffraction angle 2 ⁇ of around 26 ° in the XRD pattern of powder X-ray diffraction (hereinafter referred to as “XRD”) by CuK ⁇ ray.
  • XRD powder X-ray diffraction
  • the diffraction angle 2 ⁇ is 24.0 ° ⁇ 4.0 diffraction peak f broad crystallite size Lc calculated using the Bragg angle of ° or more 0.80 nm, in the range of less 1.20 nm, 25 ° C.
  • TPD temperature-programmed desorption method
  • the carbon structure of the carbon catalyst includes a laminated structure composed of a curved carbon network surface contributing to the catalytic activity
  • the diffraction angle 2 ⁇ is around 26 ° (for example, 23.0 °) in the XRD pattern by the CuK ⁇ ray.
  • the (002) diffraction line of carbon appears in the range of 27.0 ° or less).
  • the carbon (002) diffraction line may include a (002) diffraction line derived from a graphite structure which is a high crystalline component and one or two (002) diffraction lines derived from a low crystalline component.
  • the carbon (002) diffraction peak near the diffraction angle 2 ⁇ of 26 ° is separated into three diffraction peaks, that is, two diffraction peaks f broad and f middle of the low crystal component and diffraction peaks of the high crystal component. It can be separated into f narrow .
  • the broad peak fbroad is defined as a diffraction peak whose diffraction angle 2 ⁇ is 24.0 ° ⁇ 4.0 ° and whose full width at half maximum is 10.0 ° ⁇ 7.0 °.
  • Middle peak f middle is defined as a diffraction peak whose diffraction angle 2 ⁇ is 26.2 ° ⁇ 0.3 ° and whose full width at half maximum is 2.0 ° ⁇ 0.99 °.
  • a narrow peak f narrow is defined as a diffraction peak whose diffraction angle 2 ⁇ is 26.5 ° ⁇ 0.5 ° and whose full width at half maximum is 0.3 ° ⁇ 0.2 °.
  • K is a Scherrer constant (0.94)
  • ⁇ is a wavelength of CuK ⁇ line (0.15418 nm)
  • ⁇ is a full width at half maximum (radian)
  • ⁇ is a Bragg angle (radian) is there.
  • the crystallite size Lc of the carbon structure of the present catalyst is preferably in the range of 0.90 nm or more and 1.20 nm or less.
  • the fact that the crystallite size Lc of the carbon structure of the present catalyst is within the above specific range contributes to the excellent catalytic activity of the present catalyst. That is, when the number of active points contained in the carbon structure of the carbon catalyst increases, the interaction between the network surfaces of the carbon structure weakens, and the number of stacked layers of the network surface decreases, and as a result, the crystallites of the carbon structure The size Lc is smaller.
  • the fact that the crystallite size Lc of the carbon structure of the present catalyst is within the above-mentioned specific range, in particular below the above-mentioned specific upper limit, means that there are many active points contained in the carbon structure, that is, the present catalyst Show high catalytic activity.
  • the carbon structure of the present catalyst preferably shows 90 ⁇ mol / g or less, more preferably 86 ⁇ mol / g or less, as CO 2 desorption amount from 650 ° C. to 1200 ° C. in the above TPD, and more preferably 80 ⁇ mol / g. It is still more preferable to show the following, and it is particularly preferable to show 70 ⁇ mol / g or less.
  • the carbon structure of the present catalyst can be defined by arbitrarily combining each of the crystal size Lc ranges described above with each of the CO 2 desorption threshold values described above.
  • the carbon structure of the present catalyst has, for example, the above-mentioned crystallite size Lc within the range of 0.90 nm or more and 1.20 nm or less, and exhibits the above-mentioned CO 2 desorption amount of 90 ⁇ mol / g or less It is more preferable to show 86 ⁇ mol / g or less, even more preferable to show 80 ⁇ mol / g or less, and it is particularly preferable to show 70 ⁇ mol / g or less.
  • the present catalyst has a carbon structure having a crystallite size Lc in the above specific range, and exhibits a value below the above specified threshold as a CO 2 desorption amount from 650 ° C. to 1200 ° C. in the above TPD, It has excellent catalytic activity and excellent durability.
  • the lower limit value of the CO 2 desorption amount of the present catalyst is not particularly limited, but the CO 2 desorption amount from 650 ° C. to 1200 ° C. indicated by the carbon structure of the present catalyst in the TPD is 5 ⁇ mol / g or more It may be
  • the present catalyst according to another aspect of the present embodiment has a diffraction angle 2 ⁇ of 24.0 ° ⁇ 4. 4 obtained by separating a diffraction peak at a diffraction angle 2 ⁇ of around 26 ° in the XRD pattern of powder XRD by CuK ⁇ ray. of 0 ° diffraction peak f crystallite size Lc calculated using the Bragg angle of broad or more 0.80 nm, it is within the scope of the following 1.20 nm, up to 1200 ° C. from 25 ° C. carbon monoxide (CO) removal in TPD for measuring the amount of released and CO 2 desorption amount, the sum of CO desorption amount and CO 2 desorption amount of up to 1200 ° C. from 650 ° C. (hereinafter, referred to as "(CO + CO 2) desorption amount".) 647 ⁇ mol It contains a carbon structure showing / g or less.
  • the crystallite size Lc of the carbon structure of the present catalyst is preferably in the range of 0.90 nm or more and 1.20 nm or less.
  • the carbon structure of the present catalyst preferably shows 635 ⁇ mol / g or less, more preferably 620 ⁇ mol / g or less, as the (CO + CO 2 ) desorption amount from 650 ° C. to 1200 ° C. in the above TPD. It is still more preferable to show not more than / g, and it is particularly preferable to show not more than 580 ⁇ mol / g.
  • the carbon structure of the present catalyst can be defined by arbitrarily combining each of the above-described crystal size Lc range and each of the above-described (CO + CO 2 ) desorption threshold values.
  • the carbon structure of the present catalyst has the above-mentioned crystallite size Lc in the range of 0.90 nm or more and 1.20 nm or less, and shows the above (CO + CO 2 ) desorption amount of 635 ⁇ mol / g or less Is more preferably 620 ⁇ mol / g or less, still more preferably 600 ⁇ mol / g or less, and particularly preferably 580 ⁇ mol / g or less.
  • the present catalyst has a carbon structure having a crystallite size Lc in the above specific range, and exhibits a value below the above specified threshold as a (CO + CO 2 ) desorption amount from 650 ° C. to 1200 ° C. in the above TPD In particular, they have excellent catalytic activity and excellent durability.
  • the lower limit of the (CO + CO 2) desorption amount of the catalyst is not particularly limited, (CO + CO 2) desorption amount of carbon structures of the catalyst to 1200 ° C. from 650 ° C. showing in the TPD is, 45 ⁇ mol / g It is good also as it being more than.
  • this catalyst has a crystallite size Lc in the range of 0.80 nm to 1.20 nm, and is a temperature-programmed desorption that measures the CO desorption amount and the CO 2 desorption amount from 25 ° C. to 1200 ° C.
  • a carbon structure showing a CO 2 desorption amount of 97 ⁇ mol / g or less and a (CO + CO 2 ) desorption amount of 647 ⁇ mol / g or less from 650 ° C. to 1200 ° C. may be included.
  • the carbon structure of the present catalyst can arbitrarily select each of the crystal size Lc range described above, each of the CO 2 desorption threshold described above, and each of the (CO + CO 2 ) desorption threshold described above. It can be combined and defined.
  • the carbon structure of the present catalyst has, for example, the crystallite size Lc in the range of 0.90 nm to 1.20 nm, and the CO 2 desorption amount of 90 ⁇ mol / g or less and the CO elimination It is preferable to show a total of 635 ⁇ mol / g or less of separation amount and CO 2 desorption amount, and a total of 620 ⁇ mol / g or less of the above CO 2 desorption amount of 86 ⁇ mol / g or less and the above CO desorption amount and CO 2 desorption amount It is more preferable to show the CO 2 desorption amount of 80 ⁇ mol / g or less and the total of the CO desorption amount and the CO 2 desorption amount of 600 ⁇ mol / g or less, and the CO 2 desorption amount It is particularly preferable to show 70 ⁇ mol / g or less and a total of 580 ⁇ mol / g or less of the CO desorption amount and the CO 2 desorption amount.
  • the present catalyst according to still another aspect of the present embodiment has a diffraction angle 2 ⁇ of 24.0 ° ⁇ 4 obtained by separating a diffraction peak at a diffraction angle 2 ⁇ of around 26 ° in the XRD pattern of powder XRD by CuK ⁇ ray. .0 ° of the diffraction peak f broad crystallite size Lc calculated using the Bragg angle of not less than 0.80 nm, in the range of less 1.20 nm, measured CO desorption amount of up to 1200 ° C. from 25 ° C.
  • the TPD contains a carbon structure having a CO desorption amount of 549 ⁇ mol / g or less from 650 ° C. to 1200 ° C.
  • the crystallite size Lc of the carbon structure of the present catalyst is preferably in the range of 0.90 nm or more and 1.20 nm or less.
  • the carbon structure of the present catalyst preferably shows 547 ⁇ mol / g or less, and particularly preferably 545 ⁇ mol / g or less, as CO desorption amount from 650 ° C. to 1200 ° C. in the above TPD.
  • the carbon structure of the present catalyst can be defined by arbitrarily combining each of the above-described crystal size Lc range and each of the above-described CO desorption threshold values.
  • the crystallite size Lc is preferably in the range of 0.90 nm or more and 1.20 nm or less, and preferably indicates the CO desorption amount of 547 ⁇ mol / g or less, It is particularly preferable to show 545 ⁇ mol / g or less.
  • the present catalyst has a carbon structure having a crystallite size Lc in the above specific range, and exhibits a CO desorption amount from 650 ° C. to 1200 ° C. in the above TPD by showing a value equal to or less than the above specified threshold. It has excellent catalytic activity and excellent durability.
  • the lower limit value of the CO desorption amount of the present catalyst is not particularly limited, but the CO desorption amount from 650 ° C. to 1200 ° C. indicated by the carbon structure of the present catalyst in the TPD is 40 ⁇ mol / g or more. Good.
  • the present catalyst has a crystallite size Lc in the range of 0.80 nm to 1.20 nm, and in TPD for measuring the amount of CO desorption and the amount of CO 2 desorption from 25 ° C. to 1200 ° C. It is also possible to include a carbon structure exhibiting a CO desorption amount of 549 ⁇ mol / g or less and a CO 2 desorption amount of 97 ⁇ mol / g or less from 650 ° C. to 1200 ° C. In this case, the carbon structure of the present catalyst is an arbitrary combination of each of the crystal size Lc range described above, each of the CO desorption threshold described above, and each of the CO 2 desorption threshold described above. , Can be defined.
  • the carbon structure of the present catalyst has, for example, the crystallite size Lc in the range of 0.90 nm to 1.20 nm, and the CO desorption amount of 547 ⁇ mol / g or less, and the CO 2 desorption. It is preferable to indicate a separation amount of 90 ⁇ mol / g or less, more preferably 547 ⁇ mol / g or less of the CO, and 86 ⁇ mol / g or less of the CO 2 release, and 545 ⁇ mol / g or less of the CO desorption amount.
  • this catalyst has a crystallite size Lc in the range of 0.80 nm to 1.20 nm, and is a temperature-programmed desorption that measures the CO desorption amount and the CO 2 desorption amount from 25 ° C. to 1200 ° C.
  • the separation method it is possible to include a carbon structure showing a CO desorption amount of 549 ⁇ mol / g or less and a (CO + CO 2 ) desorption amount of 647 ⁇ mol / g or less from 650 ° C. to 1200 ° C.
  • the carbon structure of the present catalyst is an arbitrary combination of each of the crystal size Lc range described above, each of the CO desorption threshold described above, and each of the (CO + CO 2 ) desorption threshold described above. Can be defined.
  • the carbon structure of the present catalyst has, for example, the crystallite size Lc in the range of 0.90 nm or more and 1.20 nm or less, and the CO desorption amount of 547 ⁇ mol / g or less, and (CO + CO 2 )
  • the amount of desorption is preferably 635 ⁇ mol / g or less, more preferably 547 ⁇ mol / g or less of CO and 620 ⁇ mol / g or less of (CO + CO 2 ), more preferably 545 ⁇ mol / g of CO g or less and the (CO + CO 2) is even more preferred to exhibit less desorption amount 600 [mu] mol / g, or less than the CO desorption amount 545Myumol / g and the (CO + CO 2) in particular to exhibit less desorption amount 580Myumol / g preferable.
  • this catalyst has a crystallite size Lc in the range of 0.80 nm to 1.20 nm, and is a temperature-programmed desorption that measures the CO desorption amount and the CO 2 desorption amount from 25 ° C. to 1200 ° C.
  • the carbon structure showing a CO desorption amount of 549 ⁇ mol / g or less from 650 ° C. to 1200 ° C., a CO 2 desorption amount of 97 ⁇ mol / g or less, and a (CO + CO 2 ) desorption amount of 647 ⁇ mol / g or less It is also good.
  • the carbon structure of the present catalyst includes each of the crystal size Lc range described above, each of the CO desorption threshold described above, and each of the CO 2 desorption threshold described above (CO + CO 2 And.) Any combination with each of the desorption threshold values can be defined.
  • the carbon structure of the present catalyst has, for example, the crystallite size Lc in the range of 0.90 nm to 1.20 nm, and the CO desorption amount of 547 ⁇ mol / g or less, the CO 2 desorption It is preferable to show the separated amount of 90 ⁇ mol / g or less and the above (CO + CO 2 ) desorption amount of 635 ⁇ mol / g or less, the above CO desorption amount of 547 ⁇ mol / g or less, the above CO 2 desorption amount of 86 ⁇ mol / g or less and the above (CO + CO 2 ) It is more preferable to indicate the desorption amount of 620 ⁇ mol / g or less, and the CO desorption amount of 545 ⁇ mol / g or less, the CO 2 desorption amount of 80 ⁇ mol / g or less and the (CO + CO 2 ) desorption amount of 600 ⁇ mol / g or less and even more preferably, the CO desorption amount 545 ⁇ mol /
  • the carbon catalyst is heated in the temperature range of 25 ° C. to 1200 ° C. without performing the heat treatment for desorbing the functional group and the subsequent oxygen adsorption.
  • the amount of carbon monoxide (CO) and / or carbon dioxide (CO 2 ) eliminated from the carbon catalyst is measured.
  • the CO desorption amount and / or the CO 2 desorption amount in TPD which is defined as one of the characteristics of the present catalyst, reflects the quality and the amount of the oxygen-containing functional group contained in the carbon structure of the present catalyst. That is, the present catalyst has a carbon structure having a small content of oxygen-containing functional groups such that the CO desorption amount and / or the CO 2 desorption amount in the above specific temperature range is less than the above specific threshold in the above TPD. Have.
  • the small content of the oxygen-containing functional group in the carbon structure of the present catalyst contributes to the excellent durability of the present catalyst.
  • the electrochemical oxidative degradation of the carbon structure proceeds in a sequential oxidation reaction starting from the oxygen-containing functional group. Therefore, reducing the content in the carbon structure of the oxygen-containing functional group that can be the starting point of oxidative deterioration will reduce the deterioration initiation point of the carbon structure, which contributes to the improvement of the durability of the carbon structure. It is thought that.
  • the inventors of the present invention have, among oxygen functional groups, in particular, TPD that causes the elimination of CO and / or the elimination of CO 2 in a specific temperature range from 650 ° C. to 1200 ° C. It has been found that the oxygen functional group greatly affects the durability of the carbon catalyst.
  • This catalyst has a ratio of the minimum intensity between the G band and the D band near 1360 cm ⁇ 1 to the intensity of the G band near 1580 cm ⁇ 1 in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy (hereinafter referred to as “I v / I g ratio "hereinafter.) 0.30 or more, may include carbon structure showing 0.49 or less.
  • the G band is a component derived from an ideal graphite structure
  • the D band is a component derived from a curved structure including a defect and an edge.
  • the minimum intensity I v between G band and D band is dependent on the components derived from amorphous.
  • the I v / I g ratio is the ratio of the amount of amorphous to the amount of ideal graphite structure.
  • the carbon catalyst is easily deteriorated if the amount of the amorphous phase is too large, so it is considered that an optimal range exists in the I v / I g ratio.
  • the fact that the I v / I g ratio of the carbon structure of the present catalyst is within the above-mentioned specific range contributes to the excellent catalytic activity of the present catalyst.
  • the present catalyst may include a carbon structure having a D-band half width of about 179 cm -1 or less in the vicinity of 1360 cm -1 in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy.
  • the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy of the catalyst 1360 cm around -1 (e.g., 1250 cm -1 or more, 1400 cm -1 or less) is, D band with a 179cm -1 or less of the half-value width is detected Ru.
  • the half width of the D band is calculated from the following equation:
  • the half width of the D band (cm ⁇ 1 ) (A d ⁇ B d ) ⁇ 2 (in this formula, A d is the intensity I d of the D band Wave number (cm ⁇ 1 ) corresponding to the peak top of D band, and B d is a wave number (cm cm) corresponding to a Raman spectrum showing half the intensity of the D band intensity I d on the lower wave number side than the A d -1 )).
  • the half width of the D band indicates the crystallinity of the curved structure included in the carbon structure. That is, the smaller half width of the D band means that the crystallinity of the curved structure is high. Therefore, the fact that the D-band half-width of the carbon structure of the present catalyst is less than or equal to the specific threshold value means that the carbon structure includes a highly crystalline curved structure. And, having the carbon structure including the highly crystalline curved structure has a contribution to the excellent durability of the present catalyst.
  • the lower limit value of the above-mentioned D band half width of the present catalyst is not particularly limited, the D band half width may be 80 cm -1 or more.
  • the catalyst in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, may include a half-value width 80 cm -1 carbon structure having the following G band near 1580 cm -1.
  • the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy of the catalyst 1580 cm around -1 (e.g., 1550 cm -1 or more, 1650 cm -1 or less) is detected G band having a 80 cm -1 or less half width Ru.
  • the half bandwidth of the G band indicates the crystallinity of the graphite structure included in the carbon structure. That is, the fact that the half width of the G band is small means that the crystallinity of the graphite structure is high. Therefore, the fact that the G-band half width of the carbon structure of the present catalyst is less than the above-mentioned specific threshold value means that the carbon structure contains a highly crystalline graphite structure. And, the catalyst having a carbon structure including a highly crystalline graphite structure contributes to the excellent durability of the catalyst.
  • the lower limit value of the half width of the G band of the present catalyst is not particularly limited, but the G band half width may be 40 cm ⁇ 1 or more.
  • the catalyst may contain a metal.
  • the metal contained in the present catalyst is not particularly limited as long as the above-described characteristics of the present catalyst can be obtained, but it is preferably a transition metal.
  • the catalyst preferably contains two or more metals, and preferably contains two or more transition metals.
  • the transition metal is a metal belonging to Groups 3 to 12 of the periodic table, and preferably a transition metal belonging to the fourth period of Groups 3 to 12 of the periodic table.
  • the transition metal contained in the present catalyst includes, for example, scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), Nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), Silver (Ag), lanthanoids (eg, one or more selected from the group consisting of neodymium (Nd), samarium (Sm) and gadolinium (Gd)) and actinides, or Sc, Ti, V, Cr, Mn , Fe, Co, Ni, Cu,
  • the present catalyst preferably contains one or more selected from the group consisting of Ti, Cr, Fe, Zn, Nd, Sm and Gd, and more preferably contains two or more selected from the group .
  • the catalyst may include, for example, one or more selected from the group consisting of Fe and Zn, and may include Fe and Zn.
  • the catalyst may further contain another transition metal. That is, for example, when the present catalyst contains one or more or two or more first transition metals selected from the group consisting of Ti, Cr, Fe, Zn, Nd, Sm and Gd, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, lanthanoids (for example, one or more selected from the group consisting of Nd, Sm and Gd) And actinoids, or from Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, lanthanoids (eg, Nd, Sm and Gd)
  • One or more selected from the group consisting of actinides and one or more selected from actinides may be further included a second transition metal different from the first transition metal.
  • the present catalyst may not contain platinum (Pt).
  • the catalyst is one selected from the group consisting of platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), iridium (Ir), gold (Au) and osmium (Os). The above may not be included.
  • the catalyst contains a metal derived from the carbonization raw material described later
  • the catalyst contains the metal inside due to the metal being contained in the carbonization raw material. That is, even when the present catalyst is produced through the metal removal treatment described later, a trace amount of raw material-derived metal remains inside the present catalyst.
  • the present catalyst containing a metal when the present catalyst containing a metal is in the form of particles, when the particles constituting the present catalyst are cut, the metal is detected in the cross section of the particles exposed by the cutting.
  • the metals contained in the present catalyst can be detected, for example, by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy.
  • ICP inductively coupled plasma
  • the catalyst may have a specific surface area of 800 m 2 / g or more as measured by the BET method.
  • the specific surface area of this catalyst is preferably 1000 m 2 / g or more, particularly preferably 1200 m 2 / g or more.
  • the specific surface area of the present catalyst is equal to or more than the above-mentioned specific threshold value, it contributes to the improvement of the chemical reaction by the present catalyst and contributes to the excellent catalytic activity.
  • the upper limit value of the specific surface area of the present catalyst is not particularly limited, but the specific surface area may be 3000 m 2 / g or less.
  • the catalyst is referred to as a “N / C ratio” as a ratio of nitrogen atom concentration (atm%) to carbon atom concentration (atm%) measured by X-ray photoelectron spectroscopy (hereinafter “XPS”). )
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • a carbon structure showing 1.5% or more may be included.
  • the N / C ratio of the carbon structure of the present catalyst is preferably 1.8% or more, and particularly preferably 2.0% or more.
  • the fact that the N / C ratio of the carbon structure of the present catalyst is equal to or higher than the above-mentioned specific threshold value means that the carbon structure contains a large amount of nitrogen-containing functional groups on the surface, and the excellent catalyst of the present catalyst Contribute to activity.
  • the upper limit value of the N / C ratio of the present catalyst is not particularly limited, but the N / C ratio may be 15.0% or less.
  • the catalyst may include a carbon structure exhibiting a nitrogen atom content of at least 1.5% by weight as measured by elemental analysis by a combustion method.
  • the nitrogen atom content of the carbon structure of the present catalyst is preferably 1.8% by weight or more, and particularly preferably 2.0% by weight or more.
  • the fact that the nitrogen atom content of the carbon structure of the present catalyst is equal to or more than the specific threshold value means that the carbon structure contains a large amount of nitrogen-containing functional groups, which contributes to the excellent catalytic activity of the present catalyst. Do.
  • the upper limit value of the nitrogen atom content of the present catalyst is not particularly limited, but the nitrogen atom content may be 15% by weight or less.
  • the catalyst may have an average particle size of 1.0 ⁇ m or less.
  • the fact that the average particle size of the present catalyst is less than or equal to the specific threshold contributes to the efficiency of the chemical reaction by the present catalyst, contributes to the excellent catalytic activity of the present catalyst, and the preparation of a battery electrode containing the present catalyst. Contribute to the efficiency of
  • the lower limit value of the average particle size of the present catalyst is not particularly limited, but the average particle size may be 0.050 ⁇ m or more.
  • the present catalyst may have a maximum particle size of 1000.0 ⁇ m or less.
  • the maximum particle size of the present catalyst is, for example, preferably 50.0 ⁇ m or less, and particularly preferably 10.0 ⁇ m or less.
  • the catalyst is a carbon catalyst for a fuel cell (for example, a carbon catalyst for a cathode of a fuel cell or for an anode, preferably a carbon catalyst for a cathode of a fuel cell)
  • the largest particles of the catalyst The diameter is preferably 50.0 ⁇ m or less, and particularly preferably 10.0 ⁇ m or less.
  • the minimum particle size of the present catalyst is not particularly limited, but may be, for example, 0.001 ⁇ m or more.
  • the present catalyst is a voltage at which a reduction current of -10 ⁇ A / cm 2 flows in an oxygen reduction voltammogram obtained by sweeping and applying a potential using a rotating disk electrode apparatus having a working electrode containing the present catalyst (hereinafter referred to as
  • the oxygen reduction onset potential (E 02 ) may be at least 0.810 V (vs. NHE).
  • the upper limit of the oxygen reduction onset voltage E 02 of the present catalyst is not particularly limited, but the voltage E 02 may be 1.0 V (vs. NHE) or less.
  • the present catalyst has a current density when a voltage of 0.7 V (vs. NHE) is applied in an oxygen reduction voltammogram obtained by sweeping and applying a potential using a rotating disk electrode apparatus having a working electrode containing the present catalyst. It is also possible to indicate (i 0.7 ) ⁇ 1.0 mA / cm 2 or less.
  • the lower limit value of the current density i 0.7 (mA / cm 2 ) of the present catalyst is not particularly limited, but the current density i 0.7 may be ⁇ 5.0 mA / cm 2 or more.
  • the present catalyst uses a rotating disk electrode device having a working electrode containing the present catalyst, and the state of applying a voltage of 1.2 V (vs. RHE) for 10 minutes for each of the start point and the end point of the durability test.
  • vs. RHE a voltage of 1.2 V
  • voltammogram obtained by sweeping a potential for 5 cycles in the range of 0.0 V to 1.0 V (vs. NHE) using the rotating disk electrode device, 1.0 V to 0.
  • the durability test for the area (hereinafter referred to as “CV area”) of the area surrounded by the curve at the time of potential sweep application to 0 V and the curve at the time of potential sweep application from 0.0 V to 1.0 V Indicates the area increase amount (hereinafter referred to as “CV area increase amount”) 5.70 ⁇ 10 ⁇ 5 A ⁇ sec or less obtained by subtracting the CV area at the end of the durability test from the CV area at the start To be It may be.
  • the catalyst preferably shows 5.50 ⁇ 10 ⁇ 5 A ⁇ sec or less, more preferably 5.30 ⁇ 10 ⁇ 5 A ⁇ sec or less, as the CV area increase. It is particularly preferable to show 10 ⁇ 10 ⁇ 5 A ⁇ sec or less.
  • the CV area indicates the capacity of the electric double layer in the working electrode containing a carbon catalyst, and reflects the state of pores and the information of surface functional groups contained in the carbon catalyst.
  • the large CV area increase means that the deterioration of the carbon catalyst proceeds, the pores and surface functional groups contained in the carbon catalyst change, and the capacity of the electric double layer in the working electrode containing the carbon catalyst increases. Show what you are doing. Therefore, the fact that the CV area increase amount of the present catalyst is less than or equal to the specific threshold value supports the excellent durability of the present catalyst.
  • the lower limit value of the CV area increase amount of the present catalyst is not particularly limited, but the CV area increase amount may be 4.50 ⁇ 10 ⁇ 5 A ⁇ sec or more.
  • the present catalyst uses a rotating disk electrode device having a working electrode containing the present catalyst, and the state of applying a voltage of 1.2 V (vs. RHE) for 10 minutes for each of the start point and the end point of the durability test.
  • the current density i 0.7 (mA / cm 2 ) when a voltage of 0.7 V (vs. NHE) is applied in the oxygen reduction voltammogram obtained by sweeping and applying a potential using the rotating disk electrode device
  • the current density i 0.7 can be obtained by multiplying 100 by the value obtained by dividing the current density at the end of the endurance test by the current density at the start of the endurance test. It may be
  • the catalyst preferably exhibits 89.0% or more, more preferably 90.0% or more, and preferably 91.0% or more as the current density i 0.7 maintenance rate. Particularly preferred.
  • the upper limit value of the current density i 0.7 maintenance rate of the present catalyst is not particularly limited, but the current density i 0.7 maintenance rate may be 95% or less.
  • the catalyst is a carbon material which itself has catalytic activity.
  • the carbon material constituting the present catalyst is, for example, a carbonized material obtained by carbonization of a raw material containing an organic substance as described later.
  • the catalyst is a carbonized material obtained by carbonization of a raw material containing an organic substance and a metal
  • the carbon structure of the catalyst contains the metal, but the catalytic activity of the catalyst is higher than that of the metal Is also considered to be mainly due to the active point contained in the carbon structure itself. This means that, even when the present catalyst containing a metal derived from the carbonization raw material is subjected to a metal removal treatment for reducing the content of the metal, the catalytic activity of the present catalyst after the relevant metal removal treatment is the same as that of the present invention.
  • the carbon material obtained by supporting the metal after the carbonization on the surface of the carbonized material obtained by carbonization of the raw material containing organic matter and containing no metal compared with that before the metal removal treatment This is supported by having no excellent catalytic activity as in the present catalyst.
  • the catalyst activity of the present catalyst is, for example, an oxidation activity and / or a reduction activity, more specifically, an oxygen reduction activity and / or a hydrogen oxidation activity.
  • the catalyst itself has catalytic activity alone, it may not contain Pt or contain a rare metal such as Pt, but the present invention is not limited to this, and for example, the catalyst contains the rare metal. It may be used as a carrier to be supported.
  • the rare metal supported by the present catalyst is, for example, one or more selected from the group consisting of Pt, Ru, Rh, Pd, Ir, Au and Os.
  • the present catalyst even when used as a carrier of a rare metal, the present catalyst (the present catalyst before supporting the rare metal) itself as a carrier not carrying the rare metal is itself It is a carbon material having catalytic activity, that is, a carbon catalyst.
  • the method for producing the present catalyst is not particularly limited as long as the present catalyst having the characteristics described above can be obtained, but in the present embodiment, a method including carbonizing the raw material containing the organic substance under pressure is described Do.
  • the organic substance contained in the raw material is not particularly limited as long as it can be carbonized. That is, as the organic substance, for example, a high molecular weight organic compound (for example, a resin such as a thermosetting resin and / or a thermoplastic resin) and / or a low molecular weight organic compound are used. Alternatively, biomass may be used as the organic matter.
  • a high molecular weight organic compound for example, a resin such as a thermosetting resin and / or a thermoplastic resin
  • biomass may be used as the organic matter.
  • a nitrogen-containing organic matter is preferably used as the organic matter.
  • the nitrogen-containing organic substance is not particularly limited as long as it is an organic substance containing an organic compound containing a nitrogen atom in its molecule.
  • the present catalyst is a carbonized material obtained by carbonization of a raw material containing a nitrogen-containing organic substance, the carbon structure of the present catalyst contains a nitrogen atom.
  • organic substance for example, polyacrylonitrile, polyacrylonitrile-polyacrylic acid copolymer, polyacrylonitrile-polyacrylic acid methyl copolymer, polyacrylonitrile-polymethacrylic acid copolymer, polyacrylonitrile-polymethacrylic acid -Polymethallyl sulfonic acid copolymer, polyacrylonitrile-polymethyl methacrylate copolymer, phenol resin, polyfurfuryl alcohol, furan, furan resin, phenol formaldehyde resin, melamine, melamine resin, epoxy resin, nitrogen-containing chelate resin ( For example, one or more selected from the group consisting of polyamine type, iminodiacetic acid type, amino phosphoric acid type and aminomethylphosphonic acid type), polyamide imide resin, pyrrole, polypyrrole, polyvinylpyrrole, -Methylpolypyrrole, acrylonitrile, polyvinylidene chloride
  • the content of the organic substance in the raw material is not particularly limited as long as the present catalyst can be obtained, but may be, for example, 5% by mass or more and 90% by mass or less, preferably 10% by mass or more and 80% by mass. % Or less.
  • the carbonization raw material may further contain a metal. That is, in this case, the raw material containing the organic substance and the metal is carbonized under pressure.
  • the catalyst is a carbonized material obtained by carbonization of a raw material containing an organic substance and a metal, the catalyst contains the metal.
  • the metal contained in the raw material is preferably a transition metal. Moreover, it is preferable that a raw material contains 2 or more types of metals, and it is preferable that 2 or more types of transition metals are included.
  • the transition metal is a metal belonging to Groups 3 to 12 of the periodic table, and preferably a transition metal belonging to the fourth period of Groups 3 to 12 of the periodic table.
  • transition metals contained in the raw material are, for example, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, A lanthanoid (for example, one or more selected from the group consisting of Nd, Sm and Gd) and an actinide, or Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr , Nb, Mo, Ag, lanthanoid (for example, one or more selected from the group consisting of Nd, Sm and Gd), and actinide may be one or more selected from the group It is good also as it being 2 or more types.
  • the raw material preferably contains one or more selected from the group consisting of Ti, Cr, Fe, Zn, Nd, Sm and Gd, and more preferably contains two or more selected from the group.
  • the raw material may include, for example, one or more selected from the group consisting of Fe and Zn, and may include Fe and Zn.
  • the raw material may further contain other transition metals. That is, for example, when the raw material contains one or more or two or more first transition metals selected from the group consisting of Ti, Cr, Fe, Zn, Nd, Sm and Gd, Sc, Ti, V, Cr Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, lanthanoids (for example, one or more selected from the group consisting of Nd, Sm and Gd), and Selected from the group consisting of actinides, or Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ag, lanthanoids (eg, Nd, Sm and Gd) And at least one selected from the group consisting of actinides, and may further include a second transition metal different from the first transition metal.
  • first transition metals selected from the group consisting of Ti, Cr, Fe, Zn, Nd, Sm and Gd,
  • the raw material may not contain Pt.
  • the raw material may not contain one or more selected from the group consisting of Pt, Ru, Rh, Pd, Ir, Au and Os.
  • metal contained in the raw material a single substance of the metal and / or a compound of the metal are used.
  • the metal compound for example, one or more selected from the group consisting of metal salts, metal oxides, metal hydroxides, metal nitrides, metal sulfides, metal carbides and metal complexes may be used.
  • the content of the metal in the raw material (the total of the content of the two or more metals when two or more metals are used) is not particularly limited as long as the present catalyst can be obtained, for example, It may be 1% by mass or more and 90% by mass or less, and preferably 2% by mass or more and 80% by mass or less.
  • Carbonization is performed by heating a raw material under pressure and holding the raw material at a temperature at which the raw material is carbonized (hereinafter, referred to as “carbonization temperature”).
  • the carbonization temperature is not particularly limited as long as the raw material is carbonized, and is, for example, 300 ° C. or more. That is, in this case, the raw material containing the organic matter is carbonized at a temperature of 300 ° C. or higher under pressure.
  • the carbonization temperature may be, for example, 700 ° C. or higher, preferably 900 ° C. or higher, more preferably 1000 ° C. or higher, and particularly preferably 1100 ° C. or higher.
  • the upper limit of the carbonization temperature is not particularly limited, but the carbonization temperature is, for example, 3000 ° C. or less.
  • the temperature rising rate to the carbonization temperature is, for example, 0.5 ° C./min or more and 300 ° C./min or less.
  • the time to hold the raw material at the carbonization temperature is, for example, 1 second or more and 24 hours or less, preferably 5 minutes or more and 24 hours or less.
  • Carbonization is preferably performed in an inert gas atmosphere such as a nitrogen atmosphere. That is, carbonization is preferably performed, for example, under the flow of an inert gas such as nitrogen gas.
  • the pressure of the atmosphere under which the carbonization is performed is not particularly limited as long as it is a pressure higher than the atmospheric pressure, and for example, it is a pressure of 0.05 MPa or more in gauge pressure.
  • the pressure of the atmosphere for carbonization may be 0.15 MPa or more as gauge pressure, preferably 0.20 MPa or more, more preferably 0.40 MPa or more, 0.50 MPa It is particularly preferable to be the above. That is, in these cases, the raw material containing the organic matter is carbonized under a pressure at which the gauge pressure is equal to or higher than the threshold (MPa).
  • the method for producing the catalyst may further include subjecting the carbonized material obtained by the carbonization to a further treatment. That is, for example, the carbonized material may be subjected to at least one treatment selected from the group consisting of ammonia treatment, hydrogen treatment, and O-alkylation treatment.
  • the raw material containing the organic matter is carbonized under pressure, and then the carbonized material obtained by the carbonization is one selected from the group consisting of ammonia treatment, hydrotreating, and O-alkylation treatment. The above processing is performed.
  • the ammonia treatment is not particularly limited as long as the carbonization material is brought into contact with ammonia. That is, the ammonia treatment is, for example, a treatment of heating the carbonized material in an ammonia-containing gas atmosphere.
  • the ammonia content of the ammonia-containing gas is not particularly limited as long as the effect of the ammonia treatment can be obtained, but may be, for example, 0.1% by volume or more, and 1.0% by volume or more. It may be 3.0 vol% or more.
  • the temperature at which the carbonized material is heated during the ammonia treatment is not particularly limited as long as the effect of the ammonia treatment can be obtained, but may be, for example, 300 ° C. or more, and 500 ° C. or more Preferably, the temperature is 700 ° C. or higher.
  • the upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but the heating temperature may be, for example, 1300 ° C. or less, and preferably 1000 ° C. or less.
  • the range of the heating temperature during the ammonia treatment is defined by arbitrarily combining each of the lower limits described above and each of the upper limits described above.
  • the hydrogen treatment is not particularly limited as long as the carbonized material is brought into contact with hydrogen. That is, the hydrogen treatment is, for example, a treatment of heating the carbonized material in a hydrogen-containing gas atmosphere.
  • the hydrogen content of the hydrogen-containing gas is not particularly limited as long as the effect of the hydrogen treatment can be obtained, but may be, for example, 0.1% by volume or more, and 1.0% by volume or more. It may be 3.0 vol% or more.
  • the temperature at which the carbonized material is heated during the hydrogen treatment is not particularly limited as long as the effect of the hydrogen treatment can be obtained, but may be, for example, 300 ° C. or higher, and 500 ° C. or higher. Preferably, the temperature is 700 ° C. or higher.
  • the upper limit of the heating temperature is not particularly limited, but the heating temperature may be, for example, 1300 ° C. or higher, and preferably 1000 ° C. or higher.
  • the range of heating temperature during the hydrogen treatment is defined by arbitrarily combining each of the lower limits described above and each of the upper limits described above.
  • the O-alkylation treatment is not particularly limited as long as the carbon structure of the carbonized material is subjected to O-alkylation.
  • the O-alkylation treatment is, for example, an O-methylation treatment or an O-ethylation treatment.
  • the O-methylation treatment is, for example, a treatment in which the carbonized material is brought into contact with trimethylsilyldiazomethane in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas under light shielding.
  • the carbonized material may be subjected to a metal removal treatment.
  • the raw material containing the organic matter is carbonized under pressure, and then the carbonized material obtained by the carbonization is subjected to a metal removal treatment.
  • a raw material containing an organic substance is carbonized under pressure, and then the carbonized material obtained by the carbonization is subjected to a metal removal treatment, and then the carbonized material after the metal removal treatment is ammonia,
  • One or more treatments selected from the group consisting of treatment, hydrogen treatment, and O-alkylation treatment are applied.
  • the metal removal treatment is a treatment to reduce the amount of metal derived from the raw material contained in the carbonized material.
  • the metal removal process is, for example, an acid cleaning process and / or an electrolytic process.
  • the present electrode includes the present catalyst described above. That is, the present electrode is, for example, a battery electrode on which the present catalyst is supported. Specifically, the present electrode is, for example, a battery electrode including an electrode base and the present catalyst supported on the electrode base.
  • the present electrode may not contain Pt, or may not contain the above-mentioned rare metals such as Pt, but is limited thereto.
  • the present electrode may include the present catalyst as a carrier supporting the rare metal, and the rare metal supported by the present catalyst.
  • the present electrode is, for example, an electrode of a fuel cell (for example, a polymer electrolyte fuel cell), an air cell, a water electrolytic cell (for example, a polymer electrolyte water electrolytic cell), a redox flow cell, or a halogen cell.
  • a fuel cell for example, a polymer electrolyte fuel cell
  • an air cell for example, a water electrolytic cell (for example, a polymer electrolyte water electrolytic cell), a redox flow cell, or a halogen cell.
  • a water electrolytic cell for example, a polymer electrolyte water electrolytic cell
  • a redox flow cell for example, a redox flow cell
  • a halogen cell for example, a halogen cell.
  • the present electrode is, for example, a cathode or an anode, preferably a cathode.
  • the present electrode is a cathode or an anode of a fuel cell, an air cell, a water electrolytic cell, a redox flow cell, or a halogen cell, preferably a fuel cell cathode, an air cell cathode, a water electrolytic cell cathode, a redox flow cell cathode, Or it is a halogen battery cathode.
  • the battery includes the battery electrode described above. That is, the present cell is, for example, a fuel cell (for example, a polymer electrolyte fuel cell) including the present electrode, an air cell, a redox flow cell, or a halogen cell.
  • the present battery may have a membrane / electrode assembly including the present electrode.
  • the present battery is a battery having the present electrode as a cathode or an anode, preferably a battery having the present electrode as a cathode.
  • the present cell is a fuel cell, an air cell, a redox flow cell, or a halogen cell having the present electrode as a cathode or an anode, preferably a fuel cell, an air cell, a redox flow cell, or a halogen having the present electrode as a cathode. It is a battery.
  • Example 1 1.0 g of polyacrylonitrile (PAN), 1.0 g of 2-methylimidazole, 6.0 g of zinc chloride (ZnCl 2 ) and 30 g of dimethylformamide were mixed. The solvent was removed from the resulting mixture by drying. The dried mixture was heated in air to infusibilize at 250 ° C.
  • Carbonization was carried out by heating and keeping the dried mixture at 1100 ° C. under a nitrogen atmosphere and a gauge pressure of 0.9 MPa.
  • Diluted hydrochloric acid was added to the carbonized material obtained by carbonization and stirred.
  • the suspension containing the carbonized material was then filtered using a filtration membrane and the carbonized material was washed with distilled water until the filtrate was neutral.
  • the metal removal treatment by acid cleaning was performed.
  • the carbonized material after metal removal treatment was pulverized by a pulverizer until the average particle size became 1 ⁇ m or less.
  • the pulverized carbonized material was obtained as a carbon catalyst of Example 1.
  • Example 2 The carbon catalyst obtained in Example 1 described above was heated and held at 900 ° C. for 1 hour in an atmosphere in which 100% ammonia gas was circulated at 0.3 L / min. Thereafter, ammonia gas was replaced with nitrogen, and the carbon catalyst was kept at 500 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. Then, a carbon catalyst cooled by natural cooling in a nitrogen atmosphere was obtained as a carbon catalyst of Example 2.
  • Example 3 By heating ammonium hydrogen carbonate at 150 ° C. in a nitrogen gas flow, a mixed gas containing ammonia, carbon dioxide and water vapor was generated.
  • Example 3 The carbon catalyst obtained in Example 1 described above was heated and maintained at 900 ° C. for 1 hour while flowing the mixed gas generated as described above in a nitrogen atmosphere. Thereafter, the mixed gas was replaced with nitrogen, and a carbon catalyst cooled by natural cooling in a nitrogen atmosphere was obtained as a carbon catalyst of Example 3.
  • Example 4 The carbon catalyst obtained in Example 1 described above was heated and held at 900 ° C. for 1 hour in a 100% hydrogen atmosphere. Thereafter, a carbon catalyst cooled by natural cooling in a hydrogen atmosphere was obtained as a carbon catalyst of Example 4.
  • Example 5 1.0 g of the carbon catalyst obtained in Example 1 described above was mixed with 100 mL of commercially available super dehydrated methanol, and the obtained mixture was treated with ultrasonic waves for 2 minutes while being stirred. The mixture after sonication was mixed with a 1.0 M trimethylsilyldiazomethane / hexane solution in a nitrogen atmosphere under light shielding and stirred for 15 hours. Then, the solvent was removed from the mixture by drying. Thus, the dried carbon catalyst was obtained as the carbon catalyst of Example 5.
  • Example 6 Before infusibilization, a mixture further containing 0.018 g of chromium chloride hexahydrate (CrCl 3 .6H 2 O) was prepared, and in the same manner as Example 2 above, except that the mixture was infusibilized. The carbon catalyst of Example 6 was obtained.
  • Example 7 Before infusibilization, a mixture further containing 0.018 g of chromium chloride hexahydrate (CrCl 3 .6H 2 O) was prepared, and the same as Example 3 above except that the mixture was infusibilized The carbon catalyst of Example 7 was obtained.
  • Example 8 The carbon of Example 8 was prepared in the same manner as in Example 2 except that a mixture further containing 0.06 g of boric acid (B (HO) 3 ) was prepared before infusibilization, and the mixture was infusibilized. I got a catalyst.
  • B (HO) 3 boric acid
  • Example 9 A carbon catalyst of Example 9 was obtained in the same manner as Example 2 described above except that 2.0 g of 2-methylimidazole was used instead of 1.0 g.
  • Example 10 Before the infusibilization, a carbon of Example 10 was prepared in the same manner as in Example 2 except that a mixture further containing 0.69 g of germanium (IV) chloride (GeCl 4 ) was prepared and the mixture was infusibilized. I got a catalyst.
  • germanium (IV) chloride GeCl 4
  • Example 11 Before infusibilization, a mixture further containing 0.06 g of samarium chloride hexahydrate (SmCl 3 ⁇ 6H 2 O) was prepared, and the same as Example 2 above except that the mixture was infusibilized The carbon catalyst of Example 11 was obtained.
  • Example 12 Before infusibilization, a mixture further containing 0.06 g of neodymium chloride hexahydrate (NdCl 2 ⁇ 6H 2 O) was prepared, and the same as Example 2 above except that the mixture was infusibilized The carbon catalyst of Example 12 was obtained.
  • Example 13 Before infusibilization, a mixture further containing 0.06 g of lead nitrate hexahydrate (Pb (NO 3 ) 2 ⁇ 6H 2 O) was prepared, and the above-mentioned Example 2 was repeated except that the mixture was infusibilized. In the same manner as in the above, a carbon catalyst of Example 13 was obtained.
  • Pb (NO 3 ) 2 ⁇ 6H 2 O lead nitrate hexahydrate
  • Example 14 Before infusibilization, a mixture further containing 0.075 g of gadolinium nitrate hexahydrate (Gd (NO 3 ) 3 .6H 2 O) was prepared, and the above Example 2 and Example 2 were used except that the mixture was infusibilized.
  • the carbon catalyst of Example 14 was obtained in the same manner.
  • Example 15 The carbon of Example 15 was prepared in the same manner as in Example 2 except that a mixture further containing 1.06 g of bismuth (III) chloride (BiCl 3 ) was prepared before infusibilization, and the mixture was infusibilized. I got a catalyst.
  • Example 16 Before infusibilization, a mixture further containing 0.03 g of titanium nitride (TiN) was prepared, and the carbon catalyst of Example 16 was obtained in the same manner as in Example 2 except that the mixture was infusibilized. .
  • Example 17 Before infusibilization, a mixture further containing 0.48 g of silver chloride (AgCl) was prepared, and the carbon catalyst of Example 17 was obtained in the same manner as in Example 2 except that the mixture was infusibilized. .
  • AgCl silver chloride
  • Comparative Example 1 1.0 g of polyacrylonitrile (PAN), 1.0 g of 2-methylimidazole, 6.0 g of zinc chloride (ZnCl 2 ) and 30 g of dimethylformamide were mixed. The solvent was removed from the resulting mixture by drying. The dried mixture was heated in air to infusibilize at 250 ° C.
  • Carbonization was carried out by heating and holding the dried mixture under a nitrogen atmosphere at normal pressure and at 1100 ° C. for 1 hour. Diluted hydrochloric acid was added to the carbonized material obtained by carbonization and stirred. The suspension containing the carbonized material was then filtered using a filtration membrane and the carbonized material was washed with distilled water until the filtrate was neutral. Thus, the metal removal treatment by acid cleaning was performed.
  • the carbonized material after metal removal treatment was pulverized by a pulverizer until the average particle size became 1 ⁇ m or less.
  • the pulverized carbonized material was obtained as a carbon catalyst of Comparative Example 1.
  • Comparative Example 2 A carbon catalyst of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 described above, except that carbonization was performed at 1200 ° C. instead of 1100 ° C.
  • Comparative Example 3 Before infusibilization, a mixture further containing 0.018 g of chromium chloride hexahydrate (CrCl 3 .6H 2 O) was prepared, and in the same manner as in Comparative Example 1 above except that the mixture was infusibilized. The carbon catalyst of Comparative Example 3 was obtained.
  • Comparative Example 4 Before infusibilization, a mixture further containing 0.018 g of chromium chloride hexahydrate (CrCl 3 .6H 2 O) was prepared, and in the same manner as in Comparative Example 2 above, except that the mixture was infusibilized. The carbon catalyst of Comparative Example 4 was obtained.
  • the carbon catalyst obtained as described above was analyzed as described later.
  • the weight of the used carbon catalyst described in the description regarding each subsequent analysis is a weight of the said carbon catalyst at the time of heat-processing at 80 degreeC under vacuum for 3 hours.
  • Powder X-ray diffraction Powder XRD measurement of the carbon catalyst was performed.
  • Method for measuring lattice constant and crystallite size of carbon material by “The 117th Committee of Japan Society for the Promotion of Science”. Corrections were made based on The details of this correction are described in the literature (carbon, No. 221, pp. 52-60 (2006)).
  • FCT correction factor
  • L 1 / (sin 2 ⁇ ⁇ cos ⁇ )
  • P (1 + cos 2 2 ⁇ ⁇ cos 2 2 ⁇ ′) / (1 + cos 2 2 ⁇ ′)
  • A [1 ⁇ sin 2 ⁇ / 2 ⁇ ′ ′ b r ] [1-exp (-2 ⁇ 't / sin ⁇ )] is + (2t ⁇ cos ⁇ / b r ) exp (-2 ⁇ 't / sin ⁇ ).
  • ⁇ is the angle of the goniometer
  • ⁇ ′ is the diffraction angle (0 °) of the monochromator crystal when the counter monochromator is used.
  • ⁇ ′ is the apparent linear absorption coefficient (0.4219 mm ⁇ 1 ) of the sample
  • ⁇ is the divergence slit width (2/3 °)
  • R is the goniometer radius (285 mm).
  • Fc is an atomic scattering factor
  • Fc (2.26069 ⁇ exp ( ⁇ 0.226907 ⁇ s 2 ) + 1.56165 ⁇ exp ( ⁇ 0.00656665 ⁇ s 2 ) + 1.05075 ⁇ exp ( ⁇ 0. 0975618 ⁇ s 2 ) + 0.839259 ⁇ exp ( ⁇ 0.555949 ⁇ s 2 ) +0.286977).
  • s (sin ⁇ ) / ⁇ .
  • this peak separation was performed according to the following procedure.
  • the peak separation was performed by curve fitting each of
  • the curve fitting was performed so that the residual sum of squares became the smallest.
  • the residual square refers to the square of the residual at each measured diffraction angle, and the residual sum of squares is the sum of these residual squares.
  • the difference with the intensity sum of at least one of the diffraction peaks of f middle and f narrow Such peak separation, three diffraction peaks f broad described above, among the f middle and f narrow, at least one diffraction peak was obtained.
  • FIG. 1A shows an XRD pattern of the carbon catalyst obtained in Example 1
  • FIG. 1B shows an XRD pattern of the carbon catalyst obtained in Example 2.
  • the horizontal axis indicates the diffraction angle 2 ⁇ (°)
  • the vertical axis indicates the intensity.
  • two diffraction peaks f broad and f middle which are low crystal components and a high crystal component are obtained by peak separation of diffraction peaks near a diffraction angle 2 ⁇ of 26 °.
  • a single diffraction peak f narrow may be obtained.
  • the crystal lattice size Lc was calculated by analyzing the broad peak fbroad obtained by the above-described peak separation. That is.
  • K is a Scheller constant (0.94)
  • ⁇ is a wavelength of CuK ⁇ ray (0.15418 nm)
  • ⁇ is a full width half maximum (radian) of the broad peak f broad
  • ⁇ is the Bragg angle (radian) of the broad peak fbroad.
  • the CO desorption amount and the CO 2 desorption amount from the carbon catalyst were measured by TPD. That is, the carbon catalyst is placed in a temperature programmed desorption apparatus (manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.), and after the surface functional group of the carbon catalyst is eliminated by heat treatment under high vacuum, the carbon catalyst Oxygen was adsorbed on the surface, a carrier gas (He) was flowed at 20 mL / min to heat the carbon catalyst, and the desorbed gas was measured by a quadrupole mass spectrometer (QMS).
  • TPD temperature programmed desorption apparatus
  • a carbon catalyst was charged in the center of a reaction tube made of quartz, and set in a temperature rising and desorbing device.
  • the apparatus was stabilized by circulating helium (He) gas in the apparatus and maintaining the inside of the apparatus at 25 ° C. for 120 minutes.
  • the carbon catalyst was heated, and the temperature was raised from 25 ° C. to 1200 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min.
  • helium (He) gas was circulated at 20 mL / min to detect the desorbed gas, and the correlation between the temperature (horizontal axis) and the detected intensity (vertical axis) was recorded.
  • the amount of gas desorbed in the temperature range of 650 ° C. to 1200 ° C. was determined. That is, the integral value (detection intensity area) of the detection intensity of the gas in the temperature range of 650 ° C. to 1200 ° C. was calculated.
  • the desorption amount (release amount) of carbon monoxide and carbon dioxide from the carbon catalyst was determined. That is, the amount of released carbon monoxide and carbon dioxide from the carbon catalyst is calculated by dividing the amount of emission of carbon monoxide and carbon dioxide obtained by the weight of the carbon catalyst used in the measurement (per weight of carbon catalyst). The release amount was calculated. As for carbon monoxide, the amount released of mass number 14 (nitrogen) was subtracted from the amount released of mass number 28 to determine the amount released of carbon monoxide alone.
  • the carbon catalyst was analyzed by Raman spectroscopy.
  • the Raman spectrum was measured using a HORIBA microscopic laser Raman spectrometer (LabRAM, HORIBA Jobin Yvon).
  • the laser used for the measurement had an output of 50 mW at an excitation wavelength of 532 nm.
  • a Raman spectrum was obtained by measuring under the conditions of exposure 90 seconds ⁇ one integration through the dark filter D3.
  • the intensity I g of the G band intensity of the peak top of the G band
  • the intensity I d of the D band intensity of the peak top of the D band
  • the minimum intensity I v between the G band and the D band Based on the G-band half-width (cm ⁇ 1 ), the D-band half-width (cm ⁇ 1 ), and the I v / I g ratio.
  • FIG. 2 the result of having analyzed the Raman spectrum obtained by the Raman spectroscopy of the carbon catalyst obtained in Example 1 is shown as an example of the said Raman spectrum.
  • the horizontal axis represents the wave number (cm -1)
  • the vertical axis represents the intensity
  • a broken line indicates background
  • a d represents a wave number (cm -1) corresponding to the peak top of the D-band
  • B d represents the wave number (cm -1) corresponding to the Raman spectra showing the intensity of the half of the a d from a low frequency side in the D band intensity I d
  • a g is the wave number corresponding to the peak top of G band ( cm -1) indicates
  • B g denotes the wave number (cm -1) corresponding to the Raman spectra showing the intensity of the half of the a g the G band intensity from a high wave number side I g.
  • the specific surface area of the carbon catalyst was measured by the BET method using nitrogen gas, using a specific surface area / pore distribution measuring apparatus (Tristar 3000, manufactured by Shimadzu Corporation). That is, first, 0.1 g of the carbon material was held at 100 ° C. and 6.7 ⁇ 10 ⁇ 2 Pa for 3 hours to remove the water adsorbed to the carbon material. Next, the specific surface area (m 2 / g) of the carbon catalyst was obtained from the nitrogen adsorption isotherm at 77 K by the BET method. The nitrogen adsorption isotherm at 77 K was obtained by measuring the change in the amount of nitrogen adsorbed on the carbon catalyst with the change in the pressure of nitrogen gas at a temperature of 77 K.
  • the carbon catalyst was analyzed by XPS. That is, the X-ray photoelectron spectrometer (AXIS NOVA, manufactured by KRATOS) was used to measure the photoelectron spectrum from the core level of carbon atoms and nitrogen atoms on the surface of the carbon catalyst. AlK alpha ray (10 mA, 15 kV, Pass energy 40 eV) was used as an X-ray source. In the obtained photoelectron spectrum, the binding energy was corrected so that the peak top of the C 1s peak derived from the 1s orbital of the carbon atom is located at 284.5 eV.
  • AXIS NOVA X-ray photoelectron spectrometer
  • the element concentration (atm%) of nitrogen atoms and carbon atoms on the surface of the carbon catalyst was obtained. Then, the N / C ratio (%) was calculated by multiplying the value obtained by dividing the nitrogen atom concentration (atm%) by the carbon atom concentration (atm%) by 100.
  • Elemental analysis of the carbon catalyst was performed. That is, the nitrogen content of the carbon catalyst was measured by the combustion method using an organic trace element analyzer (2400II, Perkin Elmer Co., Ltd.). Helium was used as a carrier gas, and 2 mg of a carbon catalyst was analyzed under the conditions of a combustion tube temperature of 980 ° C. and a reduction tube temperature of 640 ° C. Then, the value obtained by dividing the weight of nitrogen by the total weight of the carbon catalyst was multiplied by 100 to calculate the nitrogen atom content (% by weight).
  • the average particle size of the carbon catalyst was measured. That is, the particle size of the carbon catalyst was measured by a laser diffraction method using a nanoparticle size distribution measuring apparatus (SALD-7100H, manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, one drop of surfactant was first added to 10 mg of the carbon catalyst, and then 40 g of distilled water was added to prepare a suspension. Thereafter, a homogenizer treatment was performed for 20 minutes to prepare a dispersion. The prepared dispersion was dropped to a flow cell in which distilled water is circulating until the maximum value of the diffracted / scattered light intensity became 50 ⁇ 5, and the particle size was measured.
  • SALD-7100H nanoparticle size distribution measuring apparatus
  • a median diameter (d50) obtained from the obtained particle size distribution (volume distribution) was obtained as an average particle size.
  • the largest value was defined as the largest particle size
  • the smallest value was defined as the smallest particle size.
  • catalytic activity and durability The catalytic activity and durability (oxidation resistance) of the carbon catalyst, the rotating ring disk electrode device (RRDE-3A rotating ring disk electrode device ver.1.2, manufactured by BAS Co., Ltd.) and the dual electrochemical analyzer It evaluated using (CHI700C, ALS company make). That is, first, a three-pole rotating ring disk electrode device having a working electrode containing a carbon catalyst was produced.
  • a platinum electrode (Pt counter electrode 23 cm, manufactured by BAS Co., Ltd.) is used as the counter electrode, and a reversible hydrogen electrode (RHE) (storage type reversible hydrogen electrode, manufactured by EC Frontier, Inc.) is used as the reference electrode.
  • RHE reversible hydrogen electrode
  • a rotating ring disk electrode device having a working electrode containing a carbon catalyst, a platinum electrode as a counter electrode, and a reversible hydrogen electrode (RHE) as a reference electrode was obtained.
  • 0.1 M perchloric acid aqueous solution was used as electrolyte solution.
  • the catalytic activity (initial catalytic activity) of the carbon catalyst at the start (BOL: Beginning Of Life) of the durability test (potential holding test) using the rotating ring disk electrode device was measured.
  • cyclic voltammetry was performed using a three-pole rotating ring disk electrode device having a working electrode containing a carbon catalyst.
  • nitrogen bubbling was performed for 10 minutes to remove oxygen in the electrolyte.
  • CV measurement was performed according to the following protocol. That is, five cycles of the potential sweep are performed at a sweep rate of 50 mV / sec in the potential range of 0.0 V to 1.0 V (vs. NHE (standard hydrogen electrode)) (1 cycle: 1.0 V ⁇ 0.0 V ⁇ 1. 0 V), current was recorded as a function of potential.
  • a CV area (BOL-CV area) (A ⁇ sec) at the start of the durability test was obtained by integration from the obtained voltammogram at the 5th cycle.
  • the numerical value is attached so that the reduction current is a negative value and the oxidation current is a positive value.
  • FIG. 3 a voltammogram of the 5th cycle obtained using a rotating ring disk electrode device having a working electrode containing a carbon catalyst obtained in Example 1 is shown in FIG.
  • the horizontal axis indicates the potential (V vs. NHE), and the vertical axis indicates the current (A).
  • the hatching surrounded by the curve at the time of potential sweep application from 1.0 V to 0.0 V and the curve at the time of potential sweep application from 0.0 V to 1.0 V is shown by integration.
  • the area of the attached area was obtained as CV area (A ⁇ sec).
  • the electrode was rotated at a rotational speed of 1600 rpm, and the current when sweeping the potential at a sweeping speed of 20 mV / sec was recorded as a function of the potential (BOL-N 2 -LSV). After that, oxygen bubbling was performed for 10 minutes to fill the inside of the electrolyte with saturated oxygen. Then, the electrode was rotated at a rotational speed of 1600 rpm, and the current when sweeping the potential at a sweeping speed of 20 mV / sec was recorded as a function of the potential (BOL-O 2 -LSV).
  • FIGS. 4A and 4B show an oxygen reduction voltammogram obtained using a rotating ring disk electrode apparatus having a working electrode including the carbon catalyst obtained in Example 1 as an example of the oxygen reduction voltammogram.
  • FIG. 4B is an enlarged view of a portion X surrounded by a dotted line in FIG. 4A.
  • the horizontal axis represents potential (V vs. NHE), and the vertical axis represents current density (mA / cm 2 ).
  • the voltage at which a reduction current of -10 ⁇ A / cm 2 flows from the oxygen reduction voltammogram as shown in FIGS. 4A and 4B as an index showing the catalyst activity at the start of the durability test of the carbon catalyst (oxygen reduction onset potential BOL -E O2 ) (V vs. NHE) and the current density BOL-i 0.7 (mA / cm 2 ) when a voltage of 0.7 V (vs. NHE) was applied were recorded.
  • a durability test (potential holding test) was performed. That is, the electrolytic solution was replaced with a new aqueous solution of 0.1 M perchloric acid, oxygen bubbling was performed for 10 minutes, and the electrolytic solution was filled with saturated oxygen. Then, the electrode was rotated at a rotational speed of 1600 rpm, and a state where a voltage of 1.2 V (vs. RHE) was applied was held for 10 minutes, and the current during that was recorded as a function of the potential.
  • vs. RHE voltage holding test
  • CV measurement was performed with the following protocol similarly to the measurement at the time of the durability test start mentioned above. That is, five cycles of the potential sweep are performed at a sweep rate of 50 mV / sec in the potential range of 0.0 V to 1.0 V (vs. standard hydrogen electrode (NHE)) (1 cycle: 1.0 V ⁇ 0.0 V ⁇ 1. 0 V), current was recorded as a function of potential.
  • NHE standard hydrogen electrode
  • the CV area (EOL-CV area) (A ⁇ sec) at the end of the durability test was obtained by integration from the obtained voltammogram at the 5th cycle. Furthermore, by subtracting the BOL-CV area from the EOL-CV area, the CV area increase (A ⁇ sec) was calculated and recorded as an index of oxidation resistance.
  • the electrode was rotated at a rotational speed of 1600 rpm, and the current density when sweeping the potential at a sweeping speed of 20 mV / sec was recorded as a function of the potential (EOL-N 2 -LSV). After that, oxygen bubbling was performed for 10 minutes to fill the inside of the electrolyte with saturated oxygen. Then, the electrode was rotated at a rotational speed of 1600 rpm, and the current density when the potential was swept at a sweep speed of 20 mV / sec was recorded as a function of the potential (EOL-O 2 -LSV).
  • FIG. 5 shows the oxygen reduction onset potential E O2 (V) and the current density i 0 at the start of the durability test showing the initial catalytic activity of the carbon catalysts obtained in Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 4. .7 (mA / cm 2 ), the current density i 0.7 maintenance factor (%) indicating durability, the CV area increase (A ⁇ sec), the crystallite size Lc (nm) by XRD, and the TPD CO desorption amount, CO 2 desorption amount and (CO + CO 2 ) desorption amount, I v / I g ratio by Raman spectroscopy, D band half width (cm -1 ) and G band half width (cm -1 ) The result of having evaluated BET specific surface area (m ⁇ 2 > / g) and is shown.
  • the oxygen reduction onset potential E O2 is 0.827 V to 0.828 V at the start of the durability test, and the current density i 0.7 is -1.71 ⁇ was the -1.72, in the durability test, the current density i 0.7 retention rate was 87.1% - 87.8%, CV area increase is 6.37 ⁇ It was 10 ⁇ 5 A ⁇ sec to 6.42 ⁇ 10 ⁇ 5 A ⁇ sec. That is, the carbon catalysts of Comparative Example 1 and Comparative Example 3 had relatively high catalyst activity at the start of the durability test but low durability.
  • the carbon catalysts of Comparative Example 2 and Comparative Example 4 have a current density i 0.7 maintenance ratio of 92.9% to 93.8%, and a CV area increase of 5.81 ⁇ 10 -5 a ⁇ sec ⁇ 5.87 ⁇ 10 -5 , but there was a a ⁇ sec, at the start durability test, the oxygen reduction onset potential E O2 is 0.803V ⁇ 0.804V, the current density i 0 .7 was -0.95 to -0.97. That is, the carbon catalysts of Comparative Example 2 and Comparative Example 4 were relatively high in durability, but low in catalytic activity at the start of the durability test.
  • the carbon catalysts of Examples 1 to 17 have the oxygen reduction onset potential E O2 of 0.826 V to 0.837 V and the current density i 0.7 of ⁇ 1.57 to ⁇ at the start of the durability test. It was 1.80. Furthermore, in the durability test, the carbon catalyst of Examples 1 to 17 has a current density i 0.7 maintenance rate of 90.6% to 93.7%, and a CV area increase of 4.74 ⁇ 10 ⁇ It was 5 A ⁇ sec to 5.25 ⁇ 10 ⁇ 5 A ⁇ sec.
  • the carbon catalyst of Examples 2 to 17 has a current density i 0.7 maintenance rate of 91.8% to 93.7%, and a CV area increase of 4.74 ⁇ 10 ⁇ It was 5 A ⁇ sec to 4.96 ⁇ 10 ⁇ 5 A ⁇ sec.
  • the carbon catalysts of Examples 1 to 17 had characteristics of both excellent catalyst activity and excellent durability.
  • the carbon catalysts of Examples 2 to 17 were remarkably excellent in the durability.
  • the crystallite size Lc of the carbon catalysts of Comparative Example 1 and Comparative Example 3 by XRD was 1.01 nm or less, and that of the carbon catalysts of Comparative Examples 2 and 4 was 1.24 nm or more.
  • the crystallite size Lc by XRD of the carbon catalysts of Examples 1 to 17 was 0.98 nm to 1.13 nm.
  • the CO desorption amount by TPD of the carbon catalysts of Comparative Example 1 and Comparative Example 3 was 2150.0 ⁇ mol / g or more, and that of the carbon catalysts of Comparative Examples 2 and 4 was 552.0 ⁇ mol / g or less.
  • the CO desorption amount by TPD of the carbon catalyst of Examples 1 to 17 was 542.5 ⁇ mol / g or less.
  • the CO 2 desorption amount by TPD of the carbon catalyst of Comparative Example 1 and Comparative Example 3 is 200.0 ⁇ mol / g or more, and that of the carbon catalysts of Comparative Example 2 and Comparative Example 4 is 101.4 ⁇ mol / g or less.
  • the CO 2 desorption amount by TPD of the carbon catalyst of Examples 1 to 17 is 85.2 ⁇ mol / g or less, and that of the carbon catalysts of Examples 2 to 17 is 54.0 ⁇ mol / g or less.
  • the (CO + CO 2 ) desorption amount by TPD of the carbon catalyst of Comparative Example 1 and Comparative Example 3 is 2350.0 ⁇ mol / g or more, and that of the carbon catalysts of Comparative Example 2 and Comparative Example 4 is 653.4 ⁇ mol / g or less Met.
  • the (CO + CO 2 ) desorption amount by TPD of the carbon catalyst of Examples 1 to 17 is 618.2 ⁇ mol / g or less, and that of the carbon catalysts of Examples 2 to 17 is 551.7 ⁇ mol / g or less Met.
  • the I v / I g ratio in the Raman spectra of the carbon catalysts of Comparative Examples 1 to 4 was 0.50 or more.
  • the I v / I g ratio in the Raman spectrum of the carbon catalyst of Examples 1 to 17 was 0.31 to 0.48.
  • the D-band half-width in the Raman spectra of the carbon catalysts of Comparative Examples 1 to 4 was 180 cm -1 or more.
  • the D band half width in the Raman spectrum of the carbon catalyst of each of Examples 1 to 17 was 179 or less.
  • the G-band half-width in the Raman spectrum of the carbon catalyst of Comparative Examples 1 to 4 was 81 cm -1 or more.
  • the G band half-width in the Raman spectrum of the carbon catalyst of each of Examples 1 to 17 was 80 or less.
  • the BET specific surface areas of the carbon catalysts of Comparative Examples 1 to 4 were 1332 m 2 / g to 1371 m 2 / g.
  • the BET specific surface areas of the carbon catalysts of Examples 1 to 17 were 1232 m 2 / g to 1680 m 2 / g.
  • the carbon catalysts 1 to 17 have an N / C ratio of 2.0% or more by XPS and a nitrogen content of 2.3% by weight or more by elemental analysis,
  • the maximum particle size was 10.0 ⁇ m or less, and the average particle size was 0.60 ⁇ m or less.
  • the battery electrode in which the catalyst layer containing a carbon catalyst was formed was manufactured. That is, first, 0.25 g of the carbon catalyst of Example 2 described above and the electrolyte solution were charged into a sample bottle, and treated for 10 minutes in an ultrasonic bath. Thereafter, the mixture was stirred with a homogenizer at 25000 rpm for 10 minutes, and further treated with an ultrasonic homogenizer at an output of 30 W and a frequency of 20 kHz for 10 minutes to obtain a slurry-like composition for a catalyst layer containing a uniformly dispersed carbon catalyst.
  • the composition for catalyst layer obtained in the form of a slurry was used per unit area of a battery electrode on a gas diffusion layer (“29 BC”, manufactured by SGL Carbon Co., Ltd.) (3.0 cm ⁇ 3.0 cm) and having an area of 9 cm 2.
  • the catalyst layer was formed on the said gas diffusion layer by apply
  • a battery electrode was obtained in which a catalyst layer containing a carbon catalyst was formed.
  • a battery electrode was obtained in the same manner except that high conductivity carbon black (Ketjen black, manufactured by Lion Corporation) was used instead of the carbon catalyst.
  • a zinc-air battery including the battery electrode obtained as described above. That is, two aluminum laminates (made by Dainippon Printing Co., Ltd.) cut into a size of 8 cm ⁇ 6 cm were prepared. A part of one of the aluminum laminates was cut out to form a square window (2 cm ⁇ 2 cm).
  • a nickel plate manufactured by Niraco Co., Ltd., thickness 0.1 mm
  • An L-shaped nickel composed of a square base (3 cm ⁇ 3 cm) and a rectangular terminal (1 cm ⁇ 6 cm) extending from the base by cutting a 2 cm ⁇ 6 cm size part from this nickel plate I got a board.
  • the nickel plate was stacked on the aluminum laminate such that the base of the nickel plate was exposed from the window of the one aluminum laminate. Furthermore, nine holes (3 mm in diameter) regularly arranged as air intake holes were formed in a portion (2 cm ⁇ 2 cm) exposed from the window portion of the aluminum laminate in the base of this nickel plate (3 holes) ⁇ 3 holes).
  • the battery electrode is placed on the base of the nickel plate so that the surface on the opposite side of the aluminum laminate on the base of the nickel plate is in contact with the gas diffusion layer of the battery electrode (3 cm ⁇ 3 cm) obtained as described above. Piled up. Furthermore, a heat welding tape (Dainippon Printing Co., Ltd.) is provided so as to straddle the aluminum laminate from the frame-shaped outer peripheral portion of 0.5 cm width among the surface of the battery electrode opposite to the nickel plate (ie the surface of the catalyst layer). Made). Then, the battery electrode, the nickel plate, and the aluminum laminate were integrated by thermal welding of the thermal welding tape to obtain a positive electrode (air electrode).
  • a heat welding tape Dainippon Printing Co., Ltd.
  • a square-shaped base (3 cm ⁇ ) is cut from a copper foil (manufactured by Hohsen Co., Ltd., thickness 20 ⁇ m) cut into a size of 3 cm ⁇ 9 cm, and a portion of 2 cm ⁇ 6 cm in size is cut off.
  • An L-shaped copper foil composed of 3 cm and a rectangular terminal portion (1 cm ⁇ 6 cm) extending from the base was obtained.
  • the base of this copper foil and a zinc plate manufactured by Niraco Co., Ltd., thickness 0.5 mm
  • a cellulose separator (TF40-50 manufactured by Nippon High Paper Industry Co., Ltd.) cut into a size of 3 cm ⁇ 3 cm was overlapped.
  • the zinc negative electrode was stacked on the cellulose separator such that the surface of the cellulose separator opposite to the positive electrode was in contact with the surface of the zinc plate of the zinc negative electrode.
  • the nickel plate and the copper foil were disposed such that the terminal portion of the nickel plate and the terminal portion of the copper foil did not overlap.
  • the other aluminum laminate (8 cm ⁇ 6 cm) was stacked on the surface of the zinc negative electrode opposite to the cellulose separator (that is, the surface of the copper foil).
  • three of the four sides of the stacked pair of aluminum laminates were heat-sealed to form a bag of the aluminum laminate with one side open.
  • an L-shaped nickel plate, a gas diffusion layer of the battery electrode, and the battery electrode are directed from the one aluminum laminate having the window portion to the other aluminum laminate.
  • the catalyst layer, the cellulose separator, the zinc plate of the zinc electrode, and the L-shaped copper foil of the zinc electrode were disposed in this order.
  • a magnesium-air battery including the battery electrode obtained as described above was manufactured. That is, instead of the above-described zinc negative electrode, an L-shaped magnesium alloy plate constituted of a square base (3 cm ⁇ 3 cm) and a rectangular terminal part (1 cm ⁇ 6 cm) extending from the base is magnesium An L-shaped nickel plate, a gas diffusion layer of a battery electrode, a catalyst layer of the battery electrode, a cellulose separator, from the one aluminum laminate in which the window is formed to the other aluminum laminate, which is used as a negative electrode And the said magnesium negative electrode was done in this order, and formed the bag of the aluminum laminate which one side opened.
  • a 4 mol / L sodium chloride manufactured by Kanto Chemical Industry Co., Ltd.
  • aqueous solution was injected as an electrolytic solution from the opening of the aluminum laminate bag.
  • the opening of the aluminum laminate bag was closed by heat sealing to obtain a magnesium-air battery cell.
  • the terminal portion of the nickel plate extending to the outside of the cell was used as a positive electrode terminal, and the terminal portion of the magnesium alloy plate was used as a negative electrode terminal.
  • FIG. 6 shows the configurations of the positive electrode and the negative electrode and the results of measuring the maximum power density (mW / cm 2 ) for each of the zinc-air battery and the magnesium-air battery.
  • mW / cm 2 the maximum power density
  • the durability of the zinc-air battery and the magnesium-air battery was evaluated. That is, first, the output characteristic test of the air battery manufactured as described above was conducted. Next, constant current discharge was performed to a current value of 10 mA / cm 2 to 30% of the theoretical value. After that, the output characteristic test was performed again. Then, the output maintenance rate (%) was calculated by multiplying the value obtained by dividing the output value after constant current discharge by the output value before the constant current discharge by 100.
  • FIG. 7 shows the configurations of the positive electrode and the negative electrode of each of the zinc-air battery and the magnesium-air battery, and the results of measuring the output maintenance ratio (%).
  • a remarkably high output maintenance ratio is obtained as compared with the air battery having the positive electrode containing carbon black. It was done. That is, it was confirmed that the carbon catalyst exhibits excellent durability in an air battery.

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Abstract

優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する炭素触媒、電池電極及び電池を提供する。炭素触媒は、ＣｕＫα線による粉末Ｘ線回折のＸ線回折図形において回折角２θが２６°付近の回折ピークを分離することで得られる回折角２θが２４．０°±４．０°の回折ピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を用いて算出される結晶子サイズＬｃが０．９０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までの二酸化炭素脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までの二酸化炭素脱離量９７μｍｏｌ／ｇ以下、一酸化炭素脱離量と二酸化炭素脱離量との合計６４７μｍｏｌ／ｇ以下、又は一酸化炭素脱離量５４９μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む。

Description

炭素触媒、電池電極及び電池
　本発明は、炭素触媒、電池電極及び電池に関する。
　現在、燃料電池の電極用触媒としては、白金触媒が使用されている。しかしながら、白金の埋蔵量は限られていること、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）においては白金の使用によってコストが高くなること等、解決すべき問題が多い。このため、白金を使用しない代替技術の開発が進められている。
　具体的に、例えば、特許文献１には、遷移金属含有イオン交換樹脂を炭素化して得られた炭素化材料からなり、多数の平均粒径１０～２０ｎｍのシェル状構造の炭素粒子が非凝集状態で集合して形成された燃料電池用電極触媒が記載されている。
特開２００７－２０７６６２号公報
　しかしながら、従来、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する炭素触媒を得ることは難しかった。
　本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する炭素触媒、電池電極及び電池を提供することをその目的の一つとする。
　上記課題を解決するための本発明の一実施形態の一側面に係る炭素触媒は、ＣｕＫα線による粉末Ｘ線回折のＸ線回折図形において回折角２θが２６°付近の回折ピークを分離することで得られる回折角２θが２４．０°±４．０°の回折ピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を用いて算出される結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までの二酸化炭素脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までの二酸化炭素脱離量９７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む。本発明によれば、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する炭素触媒が提供される。
　上記課題を解決するための本発明の一実施形態の他の側面に係る炭素触媒は、ＣｕＫα線による粉末Ｘ線回折のＸ線回折図形において回折角２θが２６°付近の回折ピークを分離することで得られる回折角２θが２４．０°±４．０°の回折ピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を用いて算出される結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量及び二酸化炭素脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量と二酸化炭素脱離量との合計６４７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む。本発明によれば、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する炭素触媒が提供される。
　上記課題を解決するための本発明の一実施形態のさらに他の側面に係る炭素触媒は、ＣｕＫα線による粉末Ｘ線回折のＸ線回折図形において回折角２θが２６°付近の回折ピークを分離することで得られる回折角２θが２４．０°±４．０°の回折ピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を用いて算出される結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量５４９μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む。本発明によれば、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する炭素触媒が提供される。
　また、前記炭素触媒は、２５℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量及び二酸化炭素脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量と二酸化炭素脱離量との合計６４７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。また、前記炭素触媒は、２５℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量５４９μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。
　また、前記炭素触媒は、ラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１５８０ｃｍ－１付近のＧバンドの強度に対する、前記Ｇバンドと１３６０ｃｍ－１付近のＤバンドとの間の最小強度の比０．３０以上、０．４９以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。また、前記炭素触媒は、ラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１３６０ｃｍ－１付近のＤバンドの半値幅１７９ｃｍ－１以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。また、前記炭素触媒は、ラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１５８０ｃｍ－１付近のＧバンドの半値幅８０ｃｍ－１以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。
　また、前記炭素触媒は、金属を含むこととしてもよい。また、前記炭素触媒は、ＢＥＴ法で測定される比表面積が８００ｍ２／ｇ以上である炭素構造を含むこととしてもよい。また、前記炭素触媒は、Ｘ線光電子分光法で測定される炭素原子濃度に対する窒素原子濃度の割合２．０％以上を示す炭素構造を含むこととしてもよい。また、前記炭素触媒は、燃焼法による元素分析で測定される窒素原子含有量１．５重量％以上を示す炭素構造を含むこととしてもよい。
　また、前記炭素触媒は、前記炭素触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて電位を掃引印加して得られる酸素還元ボルタモグラムにおいて、－１０μＡ／ｃｍ２の還元電流が流れる時の電圧０．８１０Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）以上を示すこととしてもよい。また、前記炭素触媒は、前記炭素触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて電位を掃引印加して得られる酸素還元ボルタモグラムにおいて、０．７Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）の電圧を印加した時の電流密度－１．０ｍＡ／ｃｍ２以下を示すこととしてもよい。
　また、前記炭素触媒は、前記炭素触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて１．２Ｖ（ｖｓ.ＲＨＥ）の電圧を印加した状態を１０分保持する耐久性試験の開始時点及び終了時点のそれぞれで、前記回転ディスク電極装置を用いて０．０Ｖから１．０Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）までの範囲で電位を５サイクル掃引印加して得られる５サイクル目のボルタモグラムにおいて、１．０Ｖから０．０Ｖへの電位掃引印加時の曲線と、０．０Ｖから１．０Ｖへの電位掃引印加時の曲線とで囲まれた領域の面積について、前記耐久性試験開始時の前記面積から、前記耐久試験終了時の前記面積を減じて得られる面積増加量５．７０×１０－５Ａ・ｓｅｃ以下を示すこととしてもよい。
　また、前記炭素触媒は、前記炭素触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて１．２Ｖ（ｖｓ.ＲＨＥ）の電圧を印加した状態を１０分保持する耐久性試験の開始時点及び終了時点のそれぞれで、前記回転ディスク電極装置を用いて電位を掃引印加して得られる酸素還元ボルタモグラムにおける０．７Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）の電圧を印加した時の電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）について、前記耐久試験終了時の前記電流密度を、前記耐久性試験開始時の前記電流密度で除した値に１００を乗ずることにより得られる電流密度維持率８８．０％以上を示すこととしてもよい。
　上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る電池電極は、前記いずれかの炭素触媒を含む。本発明によれば、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する炭素触媒を含む電池電極が提供される。
　上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る電池は、前記電池電極を含む。本発明によれば、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する炭素触媒を含む電池が提供される。
　本発明によれば、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する炭素触媒、電池電極及び電池が提供される。
本発明の一実施形態に係る実施例１で得られた炭素触媒の粉末Ｘ線回折により得られたＸ線回折図形において回折ピークの分離を行った結果を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る実施例２で得られた炭素触媒の粉末Ｘ線回折により得られたＸ線回折図形において回折ピークの分離を行った結果を示す説明図である。 炭素触媒の粉末Ｘ線回折により得られたＸ線回折図形において回折ピークの分離を行った結果の一例を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る実施例１で得られた炭素触媒のラマン分光法により得られたラマンスペクトルを解析した結果を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る実施例１で得られた炭素触媒を含む作用電極を有する回転リングディスク電極装置を用いて得られたボルタモグラムを解析した結果を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る実施例１で得られた炭素触媒を含む作用電極を有する回転リングディスク電極装置を用いて得られた酸素還元ボルタモグラムを示す説明図である。 図４Ａの点線で囲まれた部分Ｘを拡大して示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る実施例１～１７及び比較例１～４で得られた炭素触媒を評価した結果を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る実施例において空気電池の最大出力密度を評価した結果を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る実施例において空気電池の出力維持率を評価した結果を示す説明図である。
　以下に、本発明の一実施形態に係る炭素触媒（以下、「本触媒」という。）、電池電極（以下、「本電極」という。）及び電池（以下、「本電池」という。）について説明する。なお、本発明は本実施形態で示す例に限られない。
　本発明の発明者らは、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する炭素触媒を得る技術的手段について鋭意検討を重ねた結果、粉末Ｘ線回折より得られる結晶子サイズＬｃが特定の範囲内であり、且つ昇温脱離法において特定の温度範囲で特定の閾値以下の一酸化炭素脱離量及び／又は二酸化炭素脱離量を示す炭素触媒が、優れた触媒活性と耐久性とを兼ね備えることを独自に見出し、本発明を完成するに至った。
　すなわち、本実施形態の一側面に係る本触媒は、ＣｕＫα線による粉末Ｘ線回折（以下、「ＸＲＤ」という。）のＸＲＤ図形において回折角２θが２６°付近の回折ピークを分離することで得られる回折角２θが２４．０°±４．０°の回折ピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を用いて算出される結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までの二酸化炭素（ＣＯ２）脱離量を測定する昇温脱離法（以下、「ＴＰＤ」という。）において、６５０℃から１２００℃までのＣＯ２脱離量９７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む。
　炭素触媒の炭素構造が、その触媒活性に寄与する湾曲した炭素網面から構成される積層構造を含む場合、ＣｕＫα線によるＸＲＤ図形においては、回折角２θが２６°付近（例えば、２３．０°以上、２７．０°以下の範囲内）に炭素の（００２）回折線が現れる。この炭素（００２）回折線には、高結晶成分である黒鉛構造に由来する（００２）回折線と、低結晶成分に由来する１つ又は２つの（００２）回折線と、が含まれ得る。
　すなわち、回折角２θが２６°の付近の炭素（００２）回折ピークは、ピーク分離により、３つの回折ピーク、すなわち低結晶成分の２つの回折ピークｆｂｒｏａｄ及びｆｍｉｄｄｌｅと、高結晶成分の回折ピークｆｎａｒｒｏｗとに分離され得る。
　具体的に、ブロードピークｆｂｒｏａｄは、その回折角２θが２４．０°±４．０°であり、半値全幅が１０．０°±７．０°である回折ピークとして定義される。ミドルピークｆｍｉｄｄｌｅは、その回折角２θが２６．２°±０．３°であり、半値全幅が２．０°±０．９９°である回折ピークとして定義される。ナローピークｆｎａｒｒｏｗは、その回折角２θが２６．５°±０．５°であり、半値全幅が０．３°±０．２°である回折ピークとして定義される。
　ただし、上記ピーク分離によって上記３つの回折ピークの全てが得られるとは限らず、上記３つの回折ピークのうち２つの回折ピークのみ（例えば、低結晶成分の２つの回折ピークｆｂｒｏａｄ及びｆｍｉｄｄｌｅのみ）が得られることもあるし、上記３つの回折ピークのうち１つの回折ピークのみ（例えば、低結晶成分の１つの回折ピークｆｂｒｏａｄのみ）が得られることもある。
　そして、上述のピーク分離により得られる上記ブロードピークｆｂｒｏａｄを解析することにより、結晶格子サイズＬｃが算出される。具体的に、結晶子サイズＬｃは、上述のピーク分離で得られたブロードピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を、次のシェラーの式に代入して算出される：Ｌｃ＝Ｋλ／βｃｏｓθ。このシェラーの式において、Ｋはシェラー定数（０．９４）であり、λはＣｕＫα線の波長（０．１５４１８ｎｍ）であり、βは半値全幅（ｒａｄｉａｎ）であり、θはブラッグ角（ｒａｄｉａｎ）である。
　本触媒の炭素構造の上記結晶子サイズＬｃは、０．９０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。本触媒の炭素構造の上記結晶子サイズＬｃが上記特定の範囲内であることは、本触媒の優れた触媒活性に寄与する。すなわち、炭素触媒の炭素構造に含まれる活性点が多くなると、当該炭素構造の網面間の相互作用が弱くなるため、当該網面の積層数が少なくなり、その結果、当該炭素構造の結晶子サイズＬｃは小さくなる。したがって、本触媒の炭素構造の上記結晶子サイズＬｃが上記特定の範囲内であること、特に上記特定の上限値以下であることは、当該炭素構造に含まれる活性点が多いこと、すなわち本触媒の触媒活性が高いことを示す。
　また、本触媒の炭素構造は、上記ＴＰＤにおける６５０℃から１２００℃までのＣＯ２脱離量として、９０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが好ましく、８６μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより好ましく、８０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより一層好ましく、７０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが特に好ましい。本触媒の炭素構造は、上述した結晶サイズＬｃ範囲の各々と、上述したＣＯ２脱離量の閾値の各々とを任意に組み合わせて、規定することができる。
　具体的に、本触媒の炭素構造は、例えば、０．９０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内の上記結晶子サイズＬｃを有し、且つ上記ＣＯ２脱離量９０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが好ましく、８６μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより好ましく、８０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより一層好ましく、７０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが特に好ましい。
　本触媒は、その炭素構造が、上記特定範囲の結晶子サイズＬｃを有し、且つ上記ＴＰＤにおける６５０℃から１２００℃までのＣＯ２脱離量として上記特定の閾値以下の値を示すことにより、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する。本触媒の上記ＣＯ２脱離量の下限値は特に限られないが、本触媒の炭素構造が上記ＴＰＤにおいて示す６５０℃から１２００℃までのＣＯ２脱離量は、５μｍｏｌ／ｇ以上であることとしてもよい。
　本実施形態の他の側面に係る本触媒は、ＣｕＫα線による粉末ＸＲＤのＸＲＤ図形において回折角２θが２６°付近の回折ピークを分離することで得られる回折角２θが２４．０°±４．０°の回折ピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を用いて算出される結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までの一酸化炭素（ＣＯ）脱離量及びＣＯ２脱離量を測定するＴＰＤにおいて、６５０℃から１２００℃までのＣＯ脱離量とＣＯ２脱離量との合計（以下、「（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量」という。）６４７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む。
　この場合も、本触媒の炭素構造の結晶子サイズＬｃは、０．９０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。また、本触媒の炭素構造は、上記ＴＰＤにおける６５０℃から１２００℃までの（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量として、６３５μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが好ましく、６２０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより好ましく、６００μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより一層好ましく、５８０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが特に好ましい。本触媒の炭素構造は、上述した結晶サイズＬｃ範囲の各々と、上述した（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量の閾値の各々とを任意に組み合わせて、規定することができる。
　具体的に、本触媒の炭素構造は、例えば、０．９０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内の上記結晶子サイズＬｃを有し、且つ上記（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量６３５μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが好ましく、６２０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより好ましく、６００μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより一層好ましく、５８０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが特に好ましい。
　本触媒は、その炭素構造が、上記特定範囲の結晶子サイズＬｃを有し、且つ上記ＴＰＤにおける６５０℃から１２００℃までの（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量として、上記特定の閾値以下の値を示すことにより、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する。本触媒の上記（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量の下限値は特に限られないが、本触媒の炭素構造が上記ＴＰＤにおいて示す６５０℃から１２００℃までの（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量は、４５μｍｏｌ／ｇ以上であることとしてもよい。
　また、本触媒は、上記結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までのＣＯ脱離量及びＣＯ２脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までのＣＯ２脱離量９７μｍｏｌ／ｇ以下、及び（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量６４７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。この場合、本触媒の炭素構造は、上述した結晶サイズＬｃ範囲の各々と、上述したＣＯ２脱離量の閾値の各々と、上述した（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量の閾値の各々とを任意に組み合わせて、規定することができる。
　具体的に、本触媒の炭素構造は、例えば、０．９０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内の上記結晶子サイズＬｃを有し、且つ上記ＣＯ２脱離量９０μｍｏｌ／ｇ以下及び上記ＣＯ脱離量とＣＯ２脱離量との合計６３５μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが好ましく、上記ＣＯ２脱離量８６μｍｏｌ／ｇ以下及び上記ＣＯ脱離量とＣＯ２脱離量との合計６２０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより好ましく、上記ＣＯ２脱離量８０μｍｏｌ／ｇ以下及び上記ＣＯ脱離量とＣＯ２脱離量との合計６００μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより一層好ましく、上記ＣＯ２脱離量７０μｍｏｌ／ｇ以下及び上記ＣＯ脱離量とＣＯ２脱離量との合計５８０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが特に好ましい。
　本実施形態のさらに他の側面に係る本触媒は、ＣｕＫα線による粉末ＸＲＤのＸＲＤ図形において回折角２θが２６°付近の回折ピークを分離することで得られる回折角２θが２４．０°±４．０°の回折ピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を用いて算出される結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までのＣＯ脱離量を測定するＴＰＤにおいて、６５０℃から１２００℃までのＣＯ脱離量５４９μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む。
　この場合も、本触媒の炭素構造の結晶子サイズＬｃは、０．９０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。また、本触媒の炭素構造は、上記ＴＰＤにおける６５０℃から１２００℃までのＣＯ脱離量として、５４７μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが好ましく、５４５μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが特に好ましい。本触媒の炭素構造は、上述した結晶サイズＬｃ範囲の各々と、上述したＣＯ脱離量の閾値の各々とを任意に組み合わせて、規定することができる。
　具体的に、本触媒の炭素構造は、例えば、上記結晶子サイズＬｃが０．９０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、且つ上記ＣＯ脱離量５４７μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが好ましく、５４５μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが特に好ましい。
　本触媒は、その炭素構造が、上記特定範囲の結晶子サイズＬｃを有し、且つ上記ＴＰＤおける６５０℃から１２００℃までのＣＯ脱離量として、上記特定の閾値以下の値を示すことにより、優れた触媒活性と優れた耐久性とを有する。本触媒の上記ＣＯ脱離量の下限値は特に限られないが、本触媒の炭素構造が上記ＴＰＤにおいて示す６５０℃から１２００℃までのＣＯ脱離量は、４０μｍｏｌ／ｇ以上であることとしてもよい。
　また、本触媒は、上記結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までのＣＯ脱離量及びＣＯ２脱離量を測定するＴＰＤにおいて、６５０℃から１２００℃までのＣＯ脱離量５４９μｍｏｌ／ｇ以下及びＣＯ２脱離量９７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。この場合、本触媒の炭素構造は、上述した結晶サイズＬｃ範囲の各々と、上述したＣＯ脱離量の閾値の各々と、上述したＣＯ２脱離量の閾値の各々と、を任意に組み合わせて、規定することができる。
　具体的に、本触媒の炭素構造は、例えば、０．９０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内の上記結晶子サイズＬｃを有し、且つ上記ＣＯ脱離量５４７μｍｏｌ／ｇ以下及び上記ＣＯ２脱離量９０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが好ましく、上記ＣＯ脱離量５４７μｍｏｌ／ｇ以下及び上記ＣＯ２脱離量８６μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより好ましく、上記ＣＯ脱離量５４５μｍｏｌ／ｇ以下及び上記ＣＯ２脱離量８０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより一層好ましく、上記ＣＯ脱離量５４５μｍｏｌ／ｇ以下及び上記ＣＯ２脱離量７０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが特に好ましい。
　また、本触媒は、上記結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までのＣＯ脱離量及びＣＯ２脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までのＣＯ脱離量５４９μｍｏｌ／ｇ以下、及び（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量６４７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。この場合、本触媒の炭素構造は、上述した結晶サイズＬｃ範囲の各々と、上述したＣＯ脱離量の閾値の各々と、上述した（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量の閾値の各々とを任意に組み合わせて、規定することができる。
　具体的に、本触媒の炭素構造は、例えば、０．９０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内の上記結晶子サイズＬｃを有し、且つ上記ＣＯ脱離量５４７μｍｏｌ／ｇ以下及び上記（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量６３５μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが好ましく、上記ＣＯ脱離量５４７μｍｏｌ／ｇ以下及び上記（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量６２０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより好ましく、上記ＣＯ脱離量５４５μｍｏｌ／ｇ以下及び上記（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量６００μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより一層好ましく、上記ＣＯ脱離量５４５μｍｏｌ／ｇ以下及び上記（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量５８０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが特に好ましい。
　また、本触媒は、上記結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までのＣＯ脱離量及びＣＯ２脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までのＣＯ脱離量５４９μｍｏｌ／ｇ以下、ＣＯ２脱離量９７μｍｏｌ／ｇ以下、及び（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量６４７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。この場合、本触媒の炭素構造は、上述した結晶サイズＬｃ範囲の各々と、上述したＣＯ脱離量の閾値の各々と、上述したＣＯ２脱離量の閾値の各々と、上述した（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量の閾値の各々とを任意に組み合わせて、規定することができる。
　具体的に、本触媒の炭素構造は、例えば、０．９０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内の上記結晶子サイズＬｃを有し、且つ上記ＣＯ脱離量５４７μｍｏｌ／ｇ以下、上記ＣＯ２脱離量９０μｍｏｌ／ｇ以下及び上記（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量６３５μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが好ましく、上記ＣＯ脱離量５４７μｍｏｌ／ｇ以下、上記ＣＯ２脱離量８６μｍｏｌ／ｇ以下及び上記（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量６２０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより好ましく、上記ＣＯ脱離量５４５μｍｏｌ／ｇ以下、上記ＣＯ２脱離量８０μｍｏｌ／ｇ以下及び上記（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量６００μｍｏｌ／ｇ以下を示すことがより一層好ましく、上記ＣＯ脱離量５４５μｍｏｌ／ｇ以下、上記ＣＯ２脱離量７０μｍｏｌ／ｇ以下及び上記（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量５８０μｍｏｌ／ｇ以下を示すことが特に好ましい。
　なお、上記ＴＰＤにおいては、官能基を脱離させるための熱処理と、続く酸素吸着とを行う前処理を実施することなく、炭素触媒を加熱して、２５℃から１２００℃までの温度範囲で、当該炭素触媒からの一酸化炭素（ＣＯ）及び／又は二酸化炭素（ＣＯ２）の脱離量を測定する。
　本触媒の特性の一つとして規定される、ＴＰＤにおけるＣＯ脱離量及び／又はＣＯ２脱離量は、本触媒の炭素構造に含まれる含酸素官能基の質及び量を反映している。すなわち、本触媒は、上記ＴＰＤにおいて、上記特定の温度範囲におけるＣＯ脱離量及び／又はＣＯ２脱離量が上記特定の閾値以下を示すような、含酸素官能基の含有量が小さい炭素構造を有する。そして、本触媒の炭素構造における含酸素官能基の含有量が小さいことは、本触媒の優れた耐久性に寄与する。
　すなわち、炭素構造の電気化学的な酸化劣化は、含酸素官能基を起点とした逐次的な酸化反応で進行すると考えられる。したがって、酸化劣化の開始点になり得る含酸素官能基の炭素構造における含有量を低減することは、当該炭素構造の劣化開始点を減少させることになり、当該炭素構造の耐久性の向上に寄与すると考えられる。この点、本発明の発明者らは、酸素官能基の中でも特に、ＴＰＤにおいて６５０℃から１２００℃までの特定の温度範囲でＣＯの脱離及び／又はＣＯ２の脱離を生じさせる特定の含酸素官能基が炭素触媒の耐久性に大きく影響することを見出した。
　本触媒は、ラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１５８０ｃｍ－１付近のＧバンドの強度に対する、当該Ｇバンドと１３６０ｃｍ－１付近のＤバンドとの間の最小強度の比（以下、「Ｉｖ／Ｉｇ比」という。）０．３０以上、０．４９以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。
　この場合、本触媒のラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１５８０ｃｍ－１付近（例えば、１５５０ｃｍ－1以上、１６５０ｃｍ－1以下）にＧバンドが検出され、１３６０ｃｍ－１付近（例えば、１２５０ｃｍ－1以上、１４００ｃｍ－1以下）にＤバンドが検出されるが、当該Ｇバンドの強度Ｉｇに対する、当該Ｇバンドと当該Ｄバンドとの間の最小強度Ｉｖの比として算出されるＩｖ／Ｉｇ比が、０．３０以上、０．４９以下となる。
　ここで、ラマンスペクトルにおいて、Ｇバンドは、理想的な黒鉛構造由来の成分であり、Ｄバンドは、欠陥やエッジを含む湾曲構造由来の成分である。そして、ＧバンドとＤバンドとの間の最小強度Ｉｖは、アモルファス由来の成分に依存する。したがって、Ｉｖ／Ｉｇ比は、理想的な黒鉛構造の量に対する、アモルファスの量の比である。炭素構造においては、アモルファス中に活性点が存在するが、アモルファスの量が多すぎると、炭素触媒が劣化しやすくなるため、Ｉｖ／Ｉｇ比には最適な範囲が存在すると考えられる。この点、本触媒の炭素構造のＩｖ／Ｉｇ比が上記特定の範囲内であることは、本触媒の優れた触媒活性に寄与する。
　本触媒は、ラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１３６０ｃｍ－１付近のＤバンドの半値幅１７９ｃｍ－１以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。この場合、本触媒のラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１３６０ｃｍ－１付近（例えば、１２５０ｃｍ－1以上、１４００ｃｍ－1以下）には、１７９ｃｍ－１以下の半値幅を有するＤバンドが検出される。
　Ｄバンドの半値幅は、次の式から算出される：Ｄバンドの半値幅（ｃｍ－1）＝（Ａｄ－Ｂｄ）×２（この式において、ＡｄはＤバンドの強度Ｉｄ（Ｄバンドのピークトップ）に対応する波数（ｃｍ－1）であり、Ｂｄは、当該Ａｄより低波数側で当該Ｄバンド強度Ｉｄの半分の強度を示すラマンスペクトルに対応する波数（ｃｍ－1）である。）。
　ここで、ラマンスペクトルにおいて、Ｄバンドの半値幅は、炭素構造に含まれる湾曲構造の結晶性を示す。すなわち、Ｄバンドの半値幅が小さいことは、湾曲構造の結晶性が高いことを意味する。このため、本触媒の炭素構造のＤバンド半値幅が上記特定の閾値以下であることは、当該炭素構造が結晶性の高い湾曲構造を含むことを意味する。そして、本触媒が結晶性の高い湾曲構造を含む炭素構造を有することは、本触媒の優れた耐久性に寄与する。本触媒の上記Ｄバンド半値幅の下限値は特に限られないが、当該Ｄバンド半値幅は、８０ｃｍ－１以上であることとしてもよい。
　本触媒は、ラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１５８０ｃｍ－１付近のＧバンドの半値幅８０ｃｍ－１以下を示す炭素構造を含むこととしてもよい。この場合、本触媒のラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１５８０ｃｍ－１付近（例えば、１５５０ｃｍ－1以上、１６５０ｃｍ－1以下）には、８０ｃｍ－１以下の半値幅を有するＧバンドが検出される。
　Ｇバンドの半値幅は、次の式から算出される：Ｇバンドの半値幅（ｃｍ－1）＝｛（Ａｇ－Ｂｇ）の絶対値｝×２（この式において、ＡｇはＧバンドの強度Ｉｇ（Ｇバンドのピークトップ）に対応する波数（ｃｍ－1）であり、Ｂｇは、当該Ａｇより高波数側で当該Ｇバンド強度Ｉｇの半分の強度を示すラマンスペクトルに対応する波数（ｃｍ－1）である。）。
　ここで、ラマンスペクトルにおいて、Ｇバンドの半値幅は、炭素構造に含まれる黒鉛構造の結晶性を示す。すなわち、Ｇバンドの半値幅が小さいことは、黒鉛構造の結晶性が高いことを意味する。このため、本触媒の炭素構造のＧバンド半値幅が上記特定の閾値以下であることは、当該炭素構造が結晶性の高い黒鉛構造を含むことを意味する。そして、本触媒が結晶性の高い黒鉛構造を含む炭素構造を有することは、本触媒の優れた耐久性に寄与する。本触媒の上記Ｇバンドの半値幅の下限値は特に限られないが、当該Ｇバンド半値幅は、４０ｃｍ－１以上であることとしてもよい。
　本触媒は、金属を含むこととしてもよい。この場合、本触媒に含まれる金属は、上述した本触媒の特性が得られるものであれば特に限られないが、遷移金属であることが好ましい。また、本触媒は、２種以上の金属を含むことが好ましく、２種以上の遷移金属を含むことが好ましい。
　本実施形態において、遷移金属は、周期表の３族から１２族に属する金属であり、周期表の３族から１２族の第４周期に属する遷移金属であることが好ましい。具体的に、本触媒に含まれる遷移金属は、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、ランタノイド（例えば、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）及びガドリニウム（Ｇｄ）からなる群より選択される１種以上）及びアクチノイドからなる群、又はＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、ランタノイド（例えば、Ｎｄ、Ｓｍ及びＧｄからなる群より選択される１種以上）及びアクチノイドからなる群より選択される１種以上であることとしてもよく、当該群より選択される２種以上であることとしてもよい。
　また、本触媒は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＧｄからなる群より選択される１種以上を含むことが好ましく、当該群より選択される２種以上を含むことがより好ましい。この場合、本触媒は、例えば、Ｆｅ及びＺｎからなる群より選択される１種以上を含むこととしてもよく、Ｆｅ及びＺｎを含むこととしてもよい。
　本触媒が上記特定の遷移金属を含む場合、本触媒は、さらに他の遷移金属を含むこととしてもよい。すなわち、例えば、本触媒がＴｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＧｄからなる群より選択される１種以上又は２種以上の第一の遷移金属を含む場合、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、ランタノイド（例えば、Ｎｄ、Ｓｍ及びＧｄからなる群より選択される１種以上）及びアクチノイドからなる群、又はＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、ランタノイド（例えば、Ｎｄ、Ｓｍ及びＧｄからなる群より選択される１種以上）及びアクチノイドからなる群より選択される１種以上であって当該第一の遷移金属とは異なる第二の遷移金属をさらに含むこととしてもよい。
　また本触媒は、白金（Ｐｔ）を含まないこととしてもよい。この場合、本触媒は、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）、金（Ａｕ）及びオスミウム（Ｏｓ）からなる群より選択される１種以上を含まないこととしてもよい。
　本触媒が、後述する炭素化の原料に由来する金属を含む場合、本触媒は、炭素化の原料に当該金属が含まれていたことに起因して、その内部に当該金属を含む。すなわち、本触媒が、後述の金属除去処理を経て製造された場合においても、本触媒の内部には、微量の原料由来金属が残存する。
　具体的に、例えば、金属を含む本触媒が粒子状である場合、本触媒を構成する粒子を切断すると、切断により露出した当該粒子の断面に当該金属が検出される。この本触媒に含まれる金属は、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光光度法によって検出することができる。
　本触媒は、ＢＥＴ法で測定される比表面積が８００ｍ２／ｇ以上であることとしてもよい。この場合、本触媒の上記比表面積は、１０００ｍ２／ｇ以上であることが好ましく、１２００ｍ２／ｇ以上であることが特に好ましい。
　本触媒の比表面積が上記特定の閾値以上であることは、本触媒による化学反応の効率化に寄与し、優れた触媒活性に寄与する。本触媒の比表面積の上限値は特に限られないが、当該比表面積は、３０００ｍ２／ｇ以下であることとしてもよい。
　本触媒は、Ｘ線光電子分光法（以下、「ＸＰＳ」という。）で測定される炭素原子濃度（ａｔｍ％）に対する窒素原子濃度（ａｔｍ％）の割合（以下、「Ｎ／Ｃ割合」という。）１．５％以上を示す炭素構造を含むこととしてもよい。この場合、本触媒の炭素構造が示すＮ／Ｃ割合は、１．８％以上であることが好ましく、２．０％以上であることが特に好ましい。
　本触媒の炭素構造のＮ／Ｃ割合が上記特定の閾値以上であることは、当該炭素構造が、その表面に多くの量の含窒素官能基を含むことを意味し、本触媒の優れた触媒活性に寄与する。本触媒の上記Ｎ／Ｃ割合の上限値は特に限られないが、当該Ｎ／Ｃ割合は、１５．０％以下であることとしてもよい。
　本触媒は、燃焼法による元素分析で測定される窒素原子含有量１．５重量％以上を示す炭素構造を含むこととしてもよい。この場合、本触媒の炭素構造が示す上記窒素原子含有量は、１．８重量％以上であることが好ましく、２．０重量％以上であることが特に好ましい。
　本触媒の炭素構造の上記窒素原子含有量が上記特定の閾値以上であることは、当該炭素構造が多くの量の含窒素官能基を含むことを意味し、本触媒の優れた触媒活性に寄与する。本触媒の上記窒素原子含有量の上限値は特に限られないが、当該窒素原子含有量は、１５重量％以下であることとしてもよい。
　本触媒は、平均粒子径が１．０μｍ以下であることとしてもよい。本触媒の平均粒子径が上記特定の閾値以下であることは、本触媒による化学反応の効率化に寄与し、本触媒の優れた触媒活性に寄与し、また、本触媒を含む電池電極の作製における効率化にも寄与する。本触媒の上記平均粒子径の下限値は特に限られないが、当該平均粒子径は、０．０５０μｍ以上であることとしてもよい。
　本触媒は、最大粒子径が１０００．０μｍ以下であることとしてもよい。この場合、本触媒の最大粒子径は、例えば、５０．０μｍ以下であることが好ましく、１０．０μｍ以下であることが特に好ましい。具体的に、例えば、本触媒が燃料電池用炭素触媒（例えば、燃料電池のカソード用又はアノード用の炭素触媒、好ましくは燃料電池のカソード用炭素触媒）である場合には、本触媒の最大粒子径は、５０．０μｍ以下であることが好ましく、１０．０μｍ以下であることが特に好ましい。また、これらの場合、本触媒の最小粒子径は特に限られないが、例えば、０．００１μｍ以上であることとしてもよい。
　本触媒は、当該本触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて電位を掃引印加して得られる酸素還元ボルタモグラムにおいて、－１０μＡ／ｃｍ２の還元電流が流れる時の電圧（以下、「酸素還元開始電位（ＥＯ２）」という。）０．８１０Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）以上を示すこととしてもよい。
　本触媒の上記酸素還元開始電位ＥＯ２が上記特定の閾値以上であることは、本触媒の優れた触媒活性を裏付ける。本触媒の上記酸素還元開始電圧ＥＯ２の上限値は特に限られないが、当該電圧ＥＯ２は、１．０Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）以下であることとしてもよい。
　本触媒は、当該本触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて電位を掃引印加して得られる酸素還元ボルタモグラムにおいて、０．７Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）の電圧を印加した時の電流密度（ｉ０．７）－１．０ｍＡ／ｃｍ２以下を示すこととしてもよい。
　本触媒の上記電流密度ｉ０．７（ｍＡ／ｃｍ２）が上記特定の閾値以下であることは、本触媒の優れた触媒活性を裏付ける。本触媒の上記電流密度ｉ０．７（ｍＡ／ｃｍ２）の下限値は特に限られないが、当該電流密度ｉ０．７は、－５．０ｍＡ／ｃｍ２以上であることとしてもよい。
　本触媒は、当該本触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて１．２Ｖ（ｖｓ.ＲＨＥ）の電圧を印加した状態を１０分保持する耐久性試験の開始時点及び終了時点のそれぞれで、当該回転ディスク電極装置を用いて０．０Ｖから１．０Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）までの範囲で電位を５サイクル掃引印加して得られる、５サイクル目のボルタモグラムにおいて、１．０Ｖから０．０Ｖへの電位掃引印加時の曲線と、０．０Ｖから１．０Ｖへの電位掃引印加時の曲線とで囲まれた領域の面積（以下、「ＣＶ面積」という。）について、当該耐久性試験開始時の当該ＣＶ面積から、当該耐久試験終了時の当該ＣＶ面積を減じて得られる面積増加量（以下、「ＣＶ面積増加量」という。）５．７０×１０－５Ａ・ｓｅｃ以下を示すこととしてもよい。
　この場合、本触媒は、上記ＣＶ面積増加量として、５．５０×１０－５Ａ・ｓｅｃ以下を示すことが好ましく、５．３０×１０－５Ａ・ｓｅｃ以下を示すことがより好ましく、５．１０×１０－５Ａ・ｓｅｃ以下を示すことが特に好ましい。
　ここで、上記ＣＶ面積は、炭素触媒を含む作用電極における電気二重層の容量を示し、当該炭素触媒に含まれる細孔の状態や表面官能基の情報を反映する。上記ＣＶ面積増加量が大きいことは、炭素触媒の劣化が進行して、当該炭素触媒に含まれる細孔や表面官能基が変化し、当該炭素触媒を含む作用電極における電気二重層の容量が増加していることを示す。したがって、本触媒の上記ＣＶ面積増加量が上記特定の閾値以下であることは、本触媒の優れた耐久性を裏付ける。本触媒の上記ＣＶ面積増加量の下限値は特に限られないが、当該ＣＶ面積増加量は、４．５０×１０－５Ａ・ｓｅｃ以上であることとしてもよい。
　本触媒は、当該本触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて１．２Ｖ（ｖｓ.ＲＨＥ）の電圧を印加した状態を１０分保持する耐久性試験の開始時点及び終了時点のそれぞれで、当該回転ディスク電極装置を用いて電位を掃引印加して得られる酸素還元ボルタモグラムにおける０．７Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）の電圧を印加した時の電流密度ｉ０．７（ｍＡ／ｃｍ２）について、当該耐久試験終了時の当該電流密度を、当該耐久性試験開始時の当該電流密度で除した値に１００を乗ずることにより得られる電流密度ｉ０．７維持率８８．０％以上を示すこととしてもよい。
　この場合、本触媒は、上記電流密度ｉ０．７維持率として、８９．０％以上を示すことが好ましく、９０．０％以上を示すことがより好ましく、９１．０％以上を示すことが特に好ましい。
　本触媒の上記電流密度ｉ０．７維持率が上記特定の閾値以上であることは、本触媒の優れた耐久性を裏付ける。本触媒の上記電流密度ｉ０．７維持率の上限値は特に限られないが、当該電流密度ｉ０．７維持率は、９５％以下であることとしてもよい。
　本触媒は、それ自身が単独で触媒活性を有する炭素材料である。本触媒を構成する炭素材料は、例えば、後述のとおり有機物を含む原料の炭素化により得られる炭素化材料である。また、本触媒が、有機物と金属とを含む原料の炭素化により得られる炭素化材料である場合、本触媒の炭素構造には当該金属が含まれるが、本触媒の触媒活性は、当該金属よりも、主に当該炭素構造自身に含まれる活性点によるものと考えられる。このことは、炭素化の原料に由来する金属を含む本触媒に、当該金属の含有量を低減する金属除去処理を施した場合においても、当該金属除去処理後の本触媒の触媒活性は、当該金属除去処理前のそれに比べて大きく低下しないことや、有機物を含み金属を含まない原料の炭素化により得られた炭素化材料の表面に、当該炭素化後に金属を担持して得られる炭素材料は、本触媒のように優れた触媒活性を有しないことによって裏付けられる。なお、本触媒が有する触媒活性は、例えば、酸化活性、及び／又は還元活性であり、より具体的には、酸素還元活性、及び／又は水素酸化活性である。
　本触媒は、それ自身が単独で触媒活性を有するため、Ｐｔを含まない、又はＰｔ等の希少金属を含まないこととしてもよいが、これに限られず、本触媒は、例えば、当該希少金属を担持する担体として用いられてもよい。この場合、本触媒に担持される希少金属は、例えば、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ及びＯｓからなる群より選択される１種以上である。
　なお、本触媒が、希少金属の担体として用いられる場合であっても、未だ当該希少金属を担持していない担体としての本触媒（当該希少金属を担持する前の本触媒）は、それ自身が触媒活性を有する炭素材料、すなわち炭素触媒である。
　本触媒の製造方法は、上述した特性を有する本触媒が得られる方法であれば特に限られないが、本実施形態においては、有機物を含む原料を加圧下で炭素化することを含む方法について説明する。
　原料に含まれる有機物は、炭素化できるものであれば特に限られない。すなわち、有機物としては、例えば、高分子量の有機化合物（例えば、熱硬化性樹脂及び／又は熱可塑性樹脂等の樹脂）及び／又は低分子量の有機化合物が使用される。また、有機物としてバイオマスを使用してもよい。
　有機物としては、窒素含有有機物が好ましく使用される。窒素含有有機物は、その分子内に窒素原子を含む有機化合物を含む有機物であれば特に限られない。本触媒が、窒素含有有機物を含む原料の炭素化により得られる炭素化材料である場合、本触媒の炭素構造は、窒素原子を含む。
　具体的に、有機物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリアクリロニトリル－ポリアクリル酸共重合体、ポリアクリロニトリル－ポリアクリル酸メチル共重合体、ポリアクリロニトリル－ポリメタクリル酸共重合体、ポリアクリロニトリル－ポリメタクリル酸－ポリメタリルスルホン酸共重合体、ポリアクリロニトリル－ポリメタクリル酸メチル共重合体、フェノール樹脂、ポリフルフリルアルコール、フラン、フラン樹脂、フェノールホルムアルデヒド樹脂、メラミン、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、窒素含有キレート樹脂（例えば、ポリアミン型、イミノジ酢酸型、アミノリン酸型及びアミノメチルホスホン酸型からなる群より選択される１種以上）、ポリアミドイミド樹脂、ピロール、ポリピロール、ポリビニルピロール、３－メチルポリピロール、アクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、チオフェン、オキサゾール、チアゾール、ピラゾール、ビニルピリジン、ポリビニルピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピペラジン、ピラン、モルホリン、イミダゾール、１－メチルイミダゾール、２－メチルイミダゾール、キノキサリン、アニリン、ポリアニリン、コハク酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ポリスルフォン、ポリアミノビスマレイミド、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ベンゾイミダゾール、ポリベンゾイミダゾール、ポリアミド、ポリエステル、ポリ乳酸、ポリエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、セルロース、カルボキシメチルセルロース、リグニン、キチン、キトサン、ピッチ、褐炭、絹、毛、ポリアミノ酸、核酸、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ヒドラジン、ヒドラジド、尿素、サレン、ポリカルバゾール、ポリビスマレイミド、トリアジン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリメタクリル酸、ポリウレタン、ポリアミドアミン及びポリカルボジイミドからなる群より選択される１種以上が使用される。
　原料における有機物の含有量は、本触媒が得られる範囲であれば特に限られないが、例えば、５質量％以上、９０質量％以下であることとしてもよく、好ましくは１０質量％以上、８０質量％以下である。
　炭素化の原料は、金属をさらに含むこととしてもよい。すなわち、この場合、有機物と金属とを含む原料が加圧下で炭素化される。本触媒が、有機物と金属とを含む原料の炭素化により得られる炭素化材料である場合、本触媒は、当該金属を含む。
　原料に含まれる金属（すなわち、本触媒に含まれる金属）は、遷移金属であることが好ましい。また、原料は、２種以上の金属を含むことが好ましく、２種以上の遷移金属を含むことが好ましい。
　本実施形態において、遷移金属は、周期表の３族から１２族に属する金属であり、周期表の３族から１２族の第４周期に属する遷移金属であることが好ましい。具体的に、原料に含まれる遷移金属は、例えば、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、ランタノイド（例えば、Ｎｄ、Ｓｍ及びＧｄからなる群より選択される１種以上）及びアクチノイドからなる群、又はＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、ランタノイド（例えば、Ｎｄ、Ｓｍ及びＧｄからなる群より選択される１種以上）及びアクチノイドからなる群より選択される１種以上であることとしてもよく、当該群より選択される２種以上であることとしてもよい。
　また、原料は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＧｄからなる群より選択される１種以上を含むことが好ましく、当該群より選択される２種以上を含むことがより好ましい。この場合、原料は、例えば、Ｆｅ及びＺｎからなる群より選択される１種以上を含むこととしてもよく、Ｆｅ及びＺｎを含むこととしてもよい。
　原料が上記特定の遷移金属を含む場合、当該原料は、さらに他の遷移金属を含むこととしてもよい。すなわち、例えば、原料がＴｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｄ、Ｓｍ及びＧｄからなる群より選択される１種以上又は２種以上の第一の遷移金属を含む場合、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、ランタノイド（例えば、Ｎｄ、Ｓｍ及びＧｄからなる群より選択される１種以上）及びアクチノイドからなる群、又はＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｇ、ランタノイド（例えば、Ｎｄ、Ｓｍ及びＧｄからなる群より選択される１種以上）及びアクチノイドからなる群より選択される１種以上であって当該第一の遷移金属とは異なる第二の遷移金属をさらに含むこととしてもよい。
　また原料は、Ｐｔを含まないこととしてもよい。この場合、原料は、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ａｕ及びＯｓからなる群より選択される１種以上を含まないこととしてもよい。
　原料に含まれる金属としては、当該金属の単体及び／又は当該金属の化合物が使用される。金属化合物としては、例えば、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、金属窒化物、金属硫化物、金属炭化物及び金属錯体からなる群より選択される１種以上を使用することとしてもよい。
　原料における金属の含有量（２種以上の金属を使用する場合には、当該２種以上の金属の含有量の合計）は、本触媒が得られる範囲であれば特に限られないが、例えば、１質量％以上、９０質量％以下であることとしてもよく、２質量％以上、８０質量％以下であることが好ましい。
　炭素化は、加圧下で、原料を加熱して、当該原料が炭素化される温度（以下、「炭素化温度」という。）で保持することにより行う。炭素化温度は、原料が炭素化される温度であれば特に限られず、例えば、３００℃以上である。すなわち、この場合、有機物を含む原料は、加圧下、３００℃以上の温度で炭素化される。
　また、炭素化温度は、例えば、７００℃以上であることとしてもよく、９００℃以上であることが好ましく、１０００℃以上であることがより好ましく、１１００℃以上であることが特に好ましい。炭素化温度の上限値は、特に限られないが、当該炭素化温度は、例えば、３０００℃以下である。
　炭素化温度までの昇温速度は、例えば、０．５℃／分以上、３００℃／分以下である。炭素化温度で原料を保持する時間は、例えば、１秒以上、２４時間以下であり、好ましくは、５分以上、２４時間以下である。炭素化は、窒素雰囲気等の不活性ガス雰囲気中で行うことが好ましい。すなわち、炭素化は、例えば、窒素ガス等の不活性ガスの流通下で行うことが好ましい。
　炭素化を行う雰囲気の圧力は、大気圧より大きい圧力であれば特に限られないが、例えば、ゲージ圧で０．０５ＭＰａ以上の圧力である。さらに、炭素化を行う雰囲気の圧力は、ゲージ圧で、０．１５ＭＰａ以上であることとしてもよく、０．２０ＭＰａ以上であることが好ましく、０．４０ＭＰａ以上であることがより好ましく、０．５０ＭＰａ以上であることが特に好ましい。すなわち、これらの場合、有機物を含む原料は、ゲージ圧が上記閾値（ＭＰａ）以上の圧力下で炭素化される。
　本触媒の製造方法は、上記炭素化により得られた炭素化材料にさらなる処理を施すことをさらに含むこととしてもよい。すなわち、例えば、炭素化材料に、アンモニア処理、水素処理、及びＯ－アルキル化処理からなる群より選択される１種以上の処理を施すこととしてもよい。この場合、有機物を含む原料は加圧下で炭素化され、次いで、当該炭素化により得られた炭素化材料は、アンモニア処理、水素処理、及びＯ－アルキル化処理からなる群より選択される１種以上の処理を施される。
　アンモニア処理は、炭素化材料をアンモニアと接触させる処理であれば特に限られない。すなわち、アンモニア処理は、例えば、アンモニア含有ガス雰囲気中で、炭素化材料を加熱する処理である。
　アンモニア含有ガスのアンモニア含有量は、アンモニア処理の効果が得られる範囲内であれば特に限られないが、例えば、０．１体積％以上であることとしてもよく、１．０体積％以上であることとしてもよく、３．０体積％以上であることとしてもよい。
　アンモニア処理中に炭素化材料を加熱する温度は、アンモニア処理の効果が得られる範囲内であれば特に限られないが、例えば、３００℃以上であることとしてもよく、５００℃以上であることが好ましく、７００℃以上であることが特に好ましい。加熱温度の上限値は特に限られないが、当該加熱温度は、例えば、１３００℃以下であることとしてもよく、１０００℃以下であることが好ましい。アンモニア処理中の加熱温度の範囲は、上述の下限値の各々と、上述の上限値の各々とを任意に組み合わせて規定される。
　水素処理は、炭素化材料を水素と接触させる処理であれば特に限られない。すなわち、水素処理は、例えば、水素含有ガス雰囲気中で、炭素化材料を加熱する処理である。水素含有ガスの水素含有量は、水素処理の効果が得られる範囲内であれば特に限られないが、例えば、０．１体積％以上であることとしてもよく、１．０体積％以上であることとしてもよく、３．０体積％以上であることとしてもよい。
　水素処理中に炭素化材料を加熱する温度は、水素処理の効果が得られる範囲内であれば特に限られないが、例えば、３００℃以上であることとしてもよく、５００℃以上であることが好ましく、７００℃以上であることが特に好ましい。加熱温度の上限値は特に限られないが、当該加熱温度は、例えば、１３００℃以上であることとしてもよく、１０００℃以上であることが好ましい。水素処理中の加熱温度の範囲は、上述の下限値の各々と、上述の上限値の各々とを任意に組み合わせて規定される。
　Ｏ－アルキル化処理は、炭素化材料の炭素構造にＯ－アルキル化を起こさせる処理であれば特に限られない。Ｏ－アルキル化処理は、例えば、Ｏ－メチル化処理、又はＯ－エチル化処理である。Ｏ－メチル化処理は、例えば、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気中、遮光下で、炭素化材料をトリメチルシリルジアゾメタンと接触させる処理である。
　また、炭素化材料に金属除去処理を施すこととしてもよい。この場合、例えば、有機物を含む原料は加圧下で炭素化され、次いで、当該炭素化により得られた炭素化材料は金属除去処理を施される。また、例えば、有機物を含む原料は加圧下で炭素化され、次いで、当該炭素化により得られた炭素化材料は金属除去処理を施され、その後、当該金属除去処理後の炭素化材料は、アンモニア処理、水素処理、及びＯ－アルキル化処理からなる群より選択される１種以上の処理を施される。金属除去処理は、炭素化材料に含まれる原料由来の金属の量を低減する処理である。金属除去処理は、例えば、酸による洗浄処理及び／又は電解処理である。
　本電極は、上述した本触媒を含む。すなわち、本電極は、例えば、本触媒が担持された電池電極である。具体的に、本電極は、例えば、電極基材と、当該電極基材に担持された本触媒と、を含む電池電極である。
　ここで、上述のとおり、本触媒は、それ自身が単独で触媒活性を有するため、本電極は、Ｐｔを含まない、又はＰｔ等の上記希少金属を含まないこととしてもよいが、これに限られず、本電極は、例えば、当該希少金属を担持する担体としての本触媒と、当該本触媒に担持された当該希少金属とを含むこととしてもよい。
　本電極は、例えば、燃料電池（例えば、固体高分子形燃料電池）、空気電池、水電解槽（例えば、固体高分子形水電解槽）、レドックスフロー電池、又はハロゲン電池の電極である。また、本電極は、例えば、カソード又はアノードであり、好ましくはカソードである。すなわち、本電極は、燃料電池、空気電池、水電解槽、レドックスフロー電池、又はハロゲン電池のカソード又はアノードであり、好ましくは燃料電池カソード、空気電池カソード、水電解槽カソード、レドックスフロー電池カソード、又はハロゲン電池カソードである。
　本電池は、上述した電池電極を含む。すなわち、本電池は、例えば、本電極を含む燃料電池（例えば、固体高分子形燃料電池）、空気電池、レドックスフロー電池、又はハロゲン電池である。本電池は、本電極を含む膜／電極接合体を有することとしてもよい。本電池は、カソード又はアノードとして本電極を有する電池であり、好ましくはカソードとして本電極を有する電池である。すなわち、本電池は、カソード又はアノードとして本電極を有する燃料電池、空気電池、レドックスフロー電池、又はハロゲン電池であり、好ましくはカソードとして本電極を有する燃料電池、空気電池、レドックスフロー電池、又はハロゲン電池である。
　次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。
［実施例１］
　１．０ｇのポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）と、１．０ｇの２－メチルイミダゾールと、６．０ｇの塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）と、３０ｇのジメチルホルムアミドとを混合した。得られた混合物から乾燥により溶媒を除去した。乾燥した混合物を大気中で加熱して、２５０℃で不融化を行った。
　不融化後の混合物２５ｇと、０．０３ｇの塩化鉄（ＩＩＩ）六水和物（ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）と、１０５ｇのジメチルホルムアミドとを混合した。得られた混合物から乾燥により溶媒を除去した。
　乾燥した混合物を、窒素雰囲気中、０．９ＭＰａのゲージ圧力下、１１００℃で加熱保持することにより、炭素化を行った。
　炭素化により得られた炭素化材料に希塩酸を加え、撹拌した。その後、炭素化材料を含有する懸濁液を、ろ過膜を使用してろ過し、ろ液が中性になるまで蒸留水で炭素化材料を洗浄した。こうして酸洗浄による金属除去処理を行った。
　微粉砕機によって、金属除去処理後の炭素化材料を、その平均粒子径が１μｍ以下になるまで粉砕した。こうして、粉砕後の炭素化材料を、実施例１の炭素触媒として得た。
［実施例２］
　上述の実施例１で得られた炭素触媒を、１００％アンモニアガスを０．３Ｌ／分で流通させた雰囲気中、９００℃で１時間加熱保持した。その後、アンモニアガスを窒素に置換し、窒素雰囲気中、炭素触媒を５００℃で１０分保持した。そして、窒素雰囲気中で自然放冷により冷却した炭素触媒を、実施例２の炭素触媒として得た。
［実施例３］
　窒素ガス流通下、炭酸水素アンモニウムを１５０℃で加熱することにより、アンモニアと、二酸化炭素と、水蒸気とを含む混合ガスを発生させた。
　上述の実施例１で得られた炭素触媒を、窒素雰囲気中、上述のようにして発生させた混合ガスを流通させながら、９００℃で１時間加熱保持した。その後、混合ガスを窒素に置換し、窒素雰囲気中で自然放冷により冷却した炭素触媒を、実施例３の炭素触媒として得た。
［実施例４］
　上述の実施例１で得られた炭素触媒を、１００％水素雰囲気中、９００℃で１時間加熱保持した。その後、水素雰囲気中で自然放冷により冷却した炭素触媒を、実施例４の炭素触媒として得た。
［実施例５］
　上述の実施例１で得られた炭素触媒１．０ｇと、市販の超脱水メタノール１００ｍＬとを混合し、得られた混合液を撹拌しながら超音波で２分間処理した。超音波処理後の混合液を、窒素雰囲気中、遮光下で、１．０Ｍトリメチルシリルジアゾメタン／ヘキサン溶液と混合し、１５時間撹拌した。その後、混合液から乾燥により溶媒を除去した。こうして乾燥後の炭素触媒を、実施例５の炭素触媒として得た。
［実施例６］
　不融化前に、０．０１８ｇの塩化クロム六水和物（ＣｒＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の実施例２と同様にして、実施例６の炭素触媒を得た。
［実施例７］
　不融化前に、０．０１８ｇの塩化クロム六水和物（ＣｒＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の実施例３と同様にして、実施例７の炭素触媒を得た。
［実施例８］
　不融化前に、０．０６ｇのホウ酸（Ｂ（ＨＯ）３）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の実施例２と同様にして、実施例８の炭素触媒を得た。
［実施例９］
　１．０ｇに代えて２．０ｇの２－メチルイミダゾールを使用したこと以外は上述の実施例２と同様にして、実施例９の炭素触媒を得た。
［実施例１０］
　不融化前に、０．６９ｇの塩化ゲルマニウム（ＩＶ）（ＧｅＣｌ４）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の実施例２と同様にして、実施例１０の炭素触媒を得た。
［実施例１１］
　不融化前に、０．０６ｇの塩化サマリウム六水和物（ＳｍＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の実施例２と同様にして、実施例１１の炭素触媒を得た。
［実施例１２］
　不融化前に、０．０６ｇの塩化ネオジム六水和物（ＮｄＣｌ２・６Ｈ２Ｏ）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の実施例２と同様にして、実施例１２の炭素触媒を得た。
［実施例１３］
　不融化前に、０．０６ｇの硝酸鉛ム六水和物（Ｐｂ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の実施例２と同様にして、実施例１３の炭素触媒を得た。
［実施例１４］
　不融化前に、０．０７５ｇの硝酸ガドリニウム六水和物（Ｇｄ（ＮＯ３）３・６Ｈ２Ｏ）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の実施例２と同様にして、実施例１４の炭素触媒を得た。
［実施例１５］
　不融化前に、１．０６ｇの塩化ビスマス（ＩＩＩ）（ＢｉＣｌ３）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の実施例２と同様にして、実施例１５の炭素触媒を得た。
［実施例１６］
　不融化前に、０．０３ｇの窒化チタン（ＴｉＮ）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の実施例２と同様にして、実施例１６の炭素触媒を得た。
［実施例１７］
　不融化前に、０．４８ｇの塩化銀（ＡｇＣｌ）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の実施例２と同様にして、実施例１７の炭素触媒を得た。
［比較例１］
　１．０ｇのポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）と、１．０ｇの２－メチルイミダゾールと、６．０ｇの塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）と、３０ｇのジメチルホルムアミドとを混合した。得られた混合物から乾燥により溶媒を除去した。乾燥した混合物を大気中で加熱して、２５０℃で不融化を行った。
　不融化後の混合物２５ｇと、０．０３ｇの塩化鉄（ＩＩＩ）六水和物（ＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）と、１０５ｇのジメチルホルムアミドとを混合した。得られた混合物から乾燥により溶媒を除去した。
　乾燥した混合物を、窒素雰囲気中、常圧下、１１００℃で１時間加熱保持することにより、炭素化を行った。炭素化により得られた炭素化材料に希塩酸を加え、撹拌した。その後、炭素化材料を含有する懸濁液を、ろ過膜を使用してろ過し、ろ液が中性になるまで蒸留水で炭素化材料を洗浄した。こうして酸洗浄による金属除去処理を行った。
　微粉砕機によって、金属除去処理後の炭素化材料を平均粒子径が１μｍ以下になるまで粉砕した。こうして粉砕後の炭素化材料を、比較例１の炭素触媒として得た。
［比較例２］
　１１００℃に代えて１２００℃で炭素化を行ったこと以外は上述の比較例１と同様にして、比較例２の炭素触媒を得た。
［比較例３］
　不融化前に、０．０１８ｇの塩化クロム六水和物（ＣｒＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の比較例１と同様にして、比較例３の炭素触媒を得た。
［比較例４］
　不融化前に、０．０１８ｇの塩化クロム六水和物（ＣｒＣｌ３・６Ｈ２Ｏ）をさらに含む混合物を調製し、当該混合物を不融化したこと以外は上述の比較例２と同様にして、比較例４の炭素触媒を得た。
　次に、上述のようにして得られた炭素触媒について、後述するような分析を行った。なお、以降の各分析に関する説明において記載される、用いた炭素触媒の重量は、真空下、８０℃で３時間加熱処理した場合の当該炭素触媒の重量である。
［粉末Ｘ線回折］
　炭素触媒の粉末ＸＲＤ測定を行った。粉末ＸＲＤで得られた回折パターンから、炭素の（００２）回折線の分析を行う際は「日本学術振興会　第１１７委員会」による「炭素材料の格子定数および結晶子の大きさ測定法」に基づいて補正を行った。この補正の詳細については、文献（炭素，Ｎｏ.２２１，ｐｐ.５２－６０（２００６））に記載されている。
　この「炭素材料の格子定数および結晶子の大きさ測定法」においては、事前に計算しておいた各測定角度における補正因子ＦＣＴ＝Ｌ・Ｐ・Ａ・Ｆｃ２により、各測定角度における測定強度を除することで補正を行う。ここで、Ｌ＝１／（ｓｉｎ２θ・ｃｏｓθ）であり、Ｐ＝（１＋ｃｏｓ２２θ・ｃｏｓ２２θ´）／（１＋ｃｏｓ２２θ´）であり、Ａ＝［１－ｓｉｎ２θ／２μ´ｂｒ］［１－ｅｘｐ（－２μ´ｔ／ｓｉｎθ）］＋（２ｔ・ｃｏｓθ／ｂｒ）ｅｘｐ（－２μ´ｔ／ｓｉｎθ）である。
　なお、上記式において、θはゴニオメータの角度であり、θ´はカウンターモノクロメータを使用した時のモノクロメータ結晶の回折角（０°）である。μ´は試料の見かけの線吸収係数（０．４２１９ｍｍ－１）であり、ｂｒは試料面におけるＸ線の照射幅であり、Ｂｒ＝Ｒｓｉｎβで与えられる。ここで、βは発散スリット幅（２／３°)であり、Ｒはゴニオメータ半径（２８５ｍｍ）である。
　また、Ｆｃは原子散乱因子であり、Ｆｃ＝（２．２６０６９・ｅｘｐ（－０．２２６９０７・ｓ２）＋１．５６１６５・ｅｘｐ（－０．００６５６６６５・ｓ２）＋１．０５０７５・ｅｘｐ（－０．０９７５６１８・ｓ２）＋０．８３９２５９・ｅｘｐ（－０．５５５９４９・ｓ２）＋０．２８６９７７）で得られる。ここでｓ＝（ｓｉｎθ）／λである。
　そして、得られたＸＲＤ図形において回折角２θが２６°付近の回折ピークのピーク分離を行った。ピークの分離は、重なり合った回折ピークをガウス型の基本波形の重ね合わせにより近似することにより行った。バックグラウンド補正を行った回折図形に対して、各成分となるガウス関数のピーク強度、ピーク半値全幅及びピーク位置をパラメータとして最適化することにより、フィッティングを行った。バックグラウンド補正は、回折角（２θ）が１０～２０°付近と３０～４０°付近とを結んだ直線をバックグラウンドとして、当該バックグラウンドを各回折強度から差し引くことで行った。
　そして、ピーク分離は、回折角２θ＝２６°付近の回折ピーク（当該回折角２θ＝２６°付近にピークトップを有する回折ピーク）を、３つの回折ピークｆｂｒｏａｄ、ｆｍｉｄｄｌｅ及びｆｎａｒｒｏｗのうち少なくとも１つの回折ピークに分離することにより行った。
　より具体的に、このピーク分離は、以下の手順で行った。上記のバックグラウンド補正を行ったＣｕＫα線によるＸ線回折図形において、回折角２θ＝２６°付近にピークトップを有する回折ピークをガウス型の基本波形の重ね合わせにより近似し、ピーク強度、ピーク半値全幅及びピーク位置を最適化し、当該回折ピークに含まれる、上記３つの回折ピークのうち少なくとも一つのピーク（例えば、２つ以上の回折ピークが含まれる場合には、重なり合った当該２つ以上の回折ピークの各々）をカーブフィッティングすることによりピーク分離を行った。
　なお、カーブフィッティングは残差平方和が最も小さくなるように行った。ここで、残差平方とは、測定した各回折角における残差の平方のことをいい、残差平方和とはこれらの残差平方の和である。また、残差とは、補正されたＣｕＫα線によるＸ線回折図形における回折角２θ＝２６°付近にピークトップを有する回折ピークの強度と、分離して得られた３つの回折ピーク（ｆｂｒｏａｄ、ｆｍｉｄｄｌｅ及びｆｎａｒｒｏｗ）のうち少なくとも一つの回折ピークの強度和との差のことをいう。このようなピーク分離により、上述した３つの回折ピークｆｂｒｏａｄ、ｆｍｉｄｄｌｅ及びｆｎａｒｒｏｗのうち、少なくとも１つの回折ピークが得られた。
　上記ピーク分離の例として、図１Ａには、実施例１で得られた炭素触媒のＸＲＤ図形を示し、図１Ｂには、実施例２で得られた炭素触媒のＸＲＤ図形を示す。図１Ａ及び図１Ｂにおいて、横軸は回折角２θ（°）を示し、縦軸は強度を示す。
　図１Ａに示すように、実施例１で得られた炭素触媒については、回折角２θが２６°付近の回折ピークのピーク分離により、低結晶成分である２つの回折ピークｆｂｒｏａｄ及びｆｍｉｄｄｌｅが得られた。また、図１Ｂに示すように、実施例２で得られた炭素触媒については、回折角２θが２６°付近の回折ピークのピーク分離により、低結晶成分である１つの回折ピークｆｂｒｏａｄが得られた。
　なお、上記ピーク分離においては、図１Ｃに示すように、回折角２θが２６°付近の回折ピークのピーク分離により、低結晶成分である２つの回折ピークｆｂｒｏａｄ及びｆｍｉｄｄｌｅと、高結晶成分である１つの回折ピークｆｎａｒｒｏｗとが得られることもある。
　そして、上述のピーク分離により得られたブロードピークｆｂｒｏａｄを解析することにより、結晶格子サイズＬｃを算出した。すなわち。結晶子サイズＬｃは、上記ピク分離で得られたブロードピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を、次のシェラーの式に代入して算出した：Ｌｃ＝Ｋλ／βｃｏｓθ。このシェラーの式において、Ｋは、シェラー定数（０．９４）であり、λは、ＣｕＫα線の波長（０．１５４１８ｎｍ）であり、βは、ブロードピークｆｂｒｏａｄの半値全幅（ｒａｄｉａｎ）であり、θは、ブロードピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角（ｒａｄｉａｎ）である。
［昇温脱離法］
　ＴＰＤにより炭素触媒からのＣＯ脱離量及びＣＯ２脱離量を測定した。すなわち、昇温脱離装置（マイクロトラック・ベル株式会社製）に炭素触媒を設置し、高真空下で熱処理することで当該炭素触媒の表面官能基の脱離を行った後、当該炭素触媒の表面に酸素を吸着させ、キャリアガス（Ｈｅ）を２０ｍＬ／分で流通させて当該炭素触媒を加熱し、脱離したガスを四重極質量分析計（Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：ＱＭＳ）で測定した。
　具体的に、まず、炭素触媒０.０５ｇを石英製の反応管中央部に充填し、昇温脱離装置にセットした。装置内にヘリウム（Ｈｅ）ガスを流通させ、装置内を２５℃で、１２０分保持することにより、装置を安定させた。その後、炭素触媒を加熱し、１０℃／分の昇温速度で２５℃から１２００℃に昇温した。この昇温の間、ヘリウム（Ｈｅ）ガスを２０ｍＬ／分で流通させ、脱離してくるガスを検出し、温度（横軸）と検出強度（縦軸）との相関関係を記録した。
　そして、６５０℃から１２００℃までの温度範囲で脱離したガスの量を求めた。すなわち、６５０℃から１２００℃までの温度範囲におけるガスの検出強度の積分値（検出強度面積）を計算した。
　一方、一酸化炭素とヘリウムとの混合ガス（一酸化炭素１０体積％）、二酸化炭素とヘリウムとの混合ガス（二酸化炭素１０体積％）及び窒素ガス（窒素１００体積％）を標準ガスとして用いて、一酸化炭素（質量数２８）、二酸化炭素（質量数４４）及び窒素（質量数１４）の放出量と、検出強度面積と、の相関関係を示す検量線を作成した。
　そして、測定により得た検出強度面積と、検量線と、に基づいて、炭素触媒からの一酸化炭素及び二酸化炭素の脱離量（放出量）を求めた。すなわち、得られた一酸化炭素及び二酸化炭素の放出量を、測定に用いた炭素触媒の重量で除することにより、炭素触媒からの一酸化炭素及び二酸化炭素の脱離量（炭素触媒重量あたりの放出量）を算出した。なお、一酸化炭素については、質量数２８の放出量から、質量数１４（窒素）の放出量を差し引いて、一酸化炭素単独の放出量を求めた。
［ラマン分光法］
　炭素触媒をラマン分光法により解析した。ラマンスペクトルは、ＨＯＲＩＢＡ顕微レーザーラマン分光測定装置（ＬａｂＲＡＭ、ＨＯＲＩＢＡ　Ｊｏｂｉｎ　Ｙｖｏｎ）を用いて、測定した。測定に用いたレーザーは、５３２ｎｍの励起波長で、出力が５０ｍＷであった。減光フィルターＤ３を介し、露光９０秒×積算１回の条件で測定することにより、ラマンスペクトルを得た。
　得られたラマンスペクトルにおいて、１５８０ｃｍ－１付近のＧバンド、及び１３６０ｃｍ－１付近のＤバンドを特定した。さらに、Ｇバンドの強度Ｉｇ（Ｇバンドのピークトップの強度）、Ｄバンドの強度Ｉｄ（Ｄバンドのピークトップの強度）、及び当該Ｇバンドと当該Ｄバンドとの間の最小強度Ｉｖに基づき、当該Ｇバンドの半値幅（ｃｍ－１）、当該Ｄバンドの半値幅（ｃｍ－１）、及びＩｖ／Ｉｇ比を得た。
　図２には、上記ラマンスペクトルの一例として、実施例１で得られた炭素触媒のラマン分光法により得られたラマンスペクトルを解析した結果を示す。図２において、横軸は波数（ｃｍ－１）を示し、縦軸は強度を示し、破線はバックグラウンドを示し、ＡｄはＤバンドのピークトップに対応する波数（ｃｍ－1）を示し、Ｂｄは当該Ａｄより低波数側で当該Ｄバンド強度Ｉｄの半分の強度を示すラマンスペクトルに対応する波数（ｃｍ－1）を示し、ＡｇはＧバンドのピークトップに対応する波数（ｃｍ－1）を示し、Ｂｇは当該Ａｇより高波数側で当該Ｇバンド強度Ｉｇの半分の強度を示すラマンスペクトルに対応する波数（ｃｍ－1）を示す。
［比表面積］
　炭素触媒の比表面積を、比表面積・細孔分布測定装置（Ｔｒｉｓｔａｒ　３０００、株式会社島津製作所製）を用いて、窒素ガスを用いたＢＥＴ法により測定した。すなわち、まず、０．１ｇの炭素材料を、１００℃、６．７×１０－２Ｐａで、３時間保持することにより、当該炭素材料に吸着している水分を取り除いた。次いで、ＢＥＴ法により、７７Ｋにおける窒素吸着等温線から、炭素触媒の比表面積（ｍ２／ｇ）を得た。なお、７７Ｋにおける窒素吸着等温線は、７７Ｋの温度で、窒素ガスの圧力の変化に伴う、炭素触媒への窒素吸着量の変化を測定して得た。
［Ｘ線光電子分光法］
　炭素触媒をＸＰＳにより解析した。すなわち、Ｘ線光電子分光装置（ＡＸＩＳ　ＮＯＶＡ、ＫＲＡＴＯＳ社製）を用いて、炭素触媒の表面における炭素原子及び窒素原子の内殻準位からの光電子スペクトルを測定した。Ｘ線源にはＡｌＫα線（１０ｍＡ、１５ｋＶ、Ｐａｓｓ　ｅｎｅｒｇｙ　４０ｅＶ）を用いた。得られた光電子スペクトルにおいては、炭素原子の１ｓ軌道に由来するＣ１ｓピークのピークトップが２８４．５ｅＶに位置するよう結合エネルギーの補正を行った。
　各スペクトルのピーク面積と検出感度係数とから、炭素触媒の表面における窒素原子及び炭素原子の元素濃度（ａｔｍ％）を得た。そして、窒素原子濃度（ａｔｍ％）を炭素原子濃度（ａｔｍ％）で除した値に１００を乗じてＮ／Ｃ割合（％）を算出した。
［元素分析］
　炭素触媒の元素分析を行った。すなわち、有機微量元素分析装置（２４００ＩＩ、パーキンエルマー株式会社）を用いて、炭素触媒の窒素含有量を燃焼法により測定した。ヘリウムをキャリアガスとして用い、２ｍｇの炭素触媒を、燃焼管温度９８０℃、還元管温度６４０℃の条件で分析した。そして、窒素の重量を炭素触媒の全重量で除した値に１００を乗じて窒素原子含有量（重量％）を算出した。
［平均粒子径］
　炭素触媒の平均粒子径を測定した。すなわち、ナノ粒子径分布測定装置(ＳＡＬＤ‐７１００Ｈ、株式会社島津製作所製)を用いて、炭素触媒の粒子径をレーザー回折法により測定した。具体的に、まず炭素触媒１０ｍｇに対して界面活性剤を１滴添加し、次いで、蒸留水４０ｇを加え、懸濁液を調製した。その後、ホモジナイザー処理を２０分行い、分散液を調製した。蒸留水が循環しているフローセルに、回折/散乱光強度の最大値が５０±５になるまで、調製した分散液を滴下し、粒子径を測定した。得られた粒子径分布（体積分布）から求められるメディアン径（ｄ５０）を、平均粒子径として得た。得られた粒子径分布（体積分布）における頻度（％）が０．００１以上の粒子径のうち、最大の値を最大粒子径と定義し、最小となる値を最小粒子径と定義した。
［触媒活性及び耐久性］
　炭素触媒の触媒活性及び耐久性（耐酸化性）を、回転リングディスク電極装置（ＲＲＤＥ-３Ａ回転リングディスク電極装置ｖｅｒ.１．２、ビー・エー・エス株式会社製）と、デュアル電気化学アナライザー（ＣＨＩ７００Ｃ、株式会社ＡＬＳ社製)とを用いて評価した。すなわち、まず炭素触媒を含む作用電極を有する、三極式の回転リングディスク電極装置を作製した。具体的に、炭素触媒５ｍｇと、５％ナフィオン（登録商標）（シグマアルドリッチ社製、ナフィオン　過フッ素化イオン交換樹脂、５％溶液（整理番号：５１０２１１））５０μＬと、水４００μＬと、イソプロピルアルコール１００μＬとを混合してスラリーを調製した。次いで、このスラリーに超音波処理を１０分行い、その後、ホモジナイザー処理を２分行った。そして、得られたスラリーを、炭素触媒の塗布量が０．１ｍｇ／ｃｍ２となるように、作用電極（ＲＲＤＥ-３Ａ用リングディスク電極　白金リング－金ディスク電極　ディスク直径４ｍｍ、ビー・エー・エス株式会社製）に塗布し、乾燥することにより、当該炭素触媒を含む作用電極を作成した。
　また対極としては白金電極（Ｐｔカウンター電極２３ｃｍ、ビー・エー・エス株式会社製）を使用し、参照極としては可逆式水素電極（ＲＨＥ）（溜め込み式可逆水素電極、株式会社イーシーフロンティア製）を使用した。こうして、炭素触媒を含む作用電極、対極としての白金電極、及び参照極としての可逆式水素電極（ＲＨＥ）を有する回転リングディスク電極装置を得た。また、電解液としては、０．１Ｍ過塩素酸水溶液を使用した。
　そして、上記回転リングディスク電極装置を用いた耐久性試験（電位保持試験）の開始時（ＢＯＬ：Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ　Ｏｆ　Ｌｉｆｅ）における炭素触媒の触媒活性（初期の触媒活性）を測定した。
　すなわち、炭素触媒を含む作用電極を有する、三極式の回転リングディスク電極装置を用いたサイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）を実施した。ＣＶにおいては、まず窒素バブリングを１０分行い、電解液内の酸素を除去した。
　次いで、下記プロトコルにて、ＣＶ測定を行った。すなわち、電位範囲０．０Ｖ～１．０Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ（標準水素電極））にて、掃引速度５０ｍＶ／ｓｅｃで電位掃引を５サイクル行い（１サイクル：１．０Ｖ→０．０Ｖ→１．０Ｖ)、電流を電位の関数として記録した。ここで、得られた５サイクル目のボルタモグラムから、耐久性試験開始時のＣＶ面積（ＢＯＬ－ＣＶ面積）（Ａ・ｓｅｃ）を積分により得た。なお、得られたボルタモグラムにおいて、還元電流が負の値、酸化電流が正の値となるように数値に符号を付した。
　図３には、上記ボルタモグラムの一例として、実施例１で得られた炭素触媒を含む作用電極を有する回転リングディスク電極装置を用いて得られた５サイクル目のボルタモグラムを示す。図３において、横軸は電位（Ｖ　ｖｓ．ＮＨＥ）を示し、縦軸は電流（Ａ）を示す。図３に示すボルタモグラムにおいて、積分により、１．０Ｖから０．０Ｖへの電位掃引印加時の曲線と、０．０Ｖから１．０Ｖへの電位掃引印加時の曲線とで囲まれた、ハッチングが付された領域の面積が、ＣＶ面積（Ａ・ｓｅｃ）として得られた。
　また、ＣＶ測定後、電極を回転速度１６００ｒｐｍで回転させ、掃引速度２０ｍＶ／ｓｅｃで電位掃引した時の電流を電位の関数として記録した（ＢＯＬ－Ｎ２－ＬＳＶ）。さらにその後、酸素バブリングを１０分行い、電解液内を飽和酸素で満たした。その後、電極を回転速度１６００ｒｐｍで回転させ、掃引速度２０ｍＶ／ｓｅｃで電位掃引した時の電流を電位の関数として記録した（ＢＯＬ－Ｏ２－ＬＳＶ）。そして、ＢＯＬ－Ｏ２－ＬＳＶからＢＯＬ－Ｎ２－ＬＳＶを差し引いた後、縦軸である電流（ｍＡ）を作用電極ディスク面積（ｃｍ２）で除することにより、縦軸が電流密度（ｍＡ/ｃｍ２）の酸素還元ボルタモグラムを得た。
　図４Ａ及び図４Ｂには、上記酸素還元ボルタモグラムの一例として、実施例１で得られた炭素触媒を含む作用電極を有する回転リングディスク電極装置を用いて得られた酸素還元ボルタモグラムを示す。図４Ｂには、図４Ａの点線で囲まれた部分Ｘを拡大して示す。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、横軸は電位（Ｖ　ｖｓ．ＮＨＥ）を示し、縦軸は電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）を示す。
　図４Ａ及び図４Ｂに示すような酸素還元ボルタモグラムから、炭素触媒の耐久性試験開始時の触媒活性を示す指標として、－１０μＡ／ｃｍ２の還元電流が流れた時の電圧（酸素還元開始電位ＢＯＬ－ＥＯ２)（Ｖ　ｖｓ.ＮＨＥ）と、０．７Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）の電圧を印加した時の電流密度ＢＯＬ－ｉ０．７（ｍＡ／ｃｍ２）とを記録した。
　次いで、耐久性試験(電位保持試験)を行った。すなわち、電解液を新しい０．１Ｍ過塩素酸水溶液に交換し、酸素バブリングを１０分行い、電解液内を飽和酸素で満たした。そして、電極を回転速度１６００ｒｐｍで回転させ、１．２Ｖ（ｖｓ.ＲＨＥ）の電圧を印加した状態を１０分保持し、その間の電流を電位の関数として記録した。
　その後、耐久性試験の終了時（ＥＯＬ：Ｅｎｄ　Ｏｆ　Ｌｉｆｅ）における炭素触媒の触媒活性を測定した。すなわち、電解液を交換することなく窒素バブリングを１０分行い、電解液内の酸素を除去した。
　そして、上述した耐久性試験開始時の測定と同様、下記プロトコルにて、ＣＶ測定を行った。すなわち、電位範囲０．０Ｖ～１．０Ｖ（ｖｓ．　標準水素電極（ＮＨＥ））にて、掃引速度５０ｍＶ／ｓｅｃで電位掃引を５サイクル行い（１サイクル：１．０Ｖ→０．０Ｖ→１．０Ｖ)、電流を電位の関数として記録した。
　ここで、得られた５サイクル目のボルタモグラムから、耐久性試験終了時のＣＶ面積（ＥＯＬ－ＣＶ面積）（Ａ・ｓｅｃ）を積分により得た。さらに、ＥＯＬ－ＣＶ面積からＢＯＬ－ＣＶ面積を減じることにより、ＣＶ面積増加量（Ａ・ｓｅｃ）を算出し、耐酸化性の指標として記録した。
　また、ＣＶ測定後、電極を回転速度１６００ｒｐｍで回転させ、掃引速度２０ｍＶ／ｓｅｃで電位掃引した時の電流密度を電位の関数として記録した（ＥＯＬ－Ｎ２－ＬＳＶ）。さらにその後、酸素バブリングを１０分行い、電解液内を飽和酸素で満たした。その後、電極を回転速度１６００ｒｐｍで回転させ、掃引速度２０ｍＶ／ｓｅｃで電位掃引した時の電流密度を電位の関数として記録した（ＥＯＬ－Ｏ２－ＬＳＶ）。そして、ＢＯＬ－Ｏ２－ＬＳＶからＢＯＬ－Ｎ２－ＬＳＶを差し引いた後、縦軸である電流（ｍＡ）を作用電極面積（ｃｍ２）で除することにより、縦軸が電流密度（ｍＡ/ｃｍ２）の酸素還元ボルタモグラムを得た。
　こうして得られた耐久性試験終了時の酸素還元ボルタモグラムから、－１０μＡ／ｃｍ２の還元電流が流れた時の電圧）（酸素還元開始電位ＥＯＬ－ＥＯ２）（Ｖ　ｖｓ.ＮＨＥと、０．７Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）の電圧を印加した時の電流密度ＥＯＬ－ｉ０．７（ｍＡ／ｃｍ２）とを記録した。そして、耐久性試験終了時の電流密度ＥＯＬ－ｉ０．７（ｍＡ／ｃｍ２）を、耐久性試験開始時のＢＯＬ－ｉ０．７（ｍＡ／ｃｍ２）で除した値に１００を乗ずることにより、電流密度ｉ０．７維持率（％）を算出した。
［結果］
　図５には、実施例１～１７及び比較例１～４で得られた炭素触媒について、初期の触媒活性を示す耐久性試験開始時の酸素還元開始電位ＥＯ２（Ｖ）及び電流密度ｉ０．７（ｍＡ／ｃｍ２）と、耐久性を示す電流密度ｉ０．７維持率（％）及びＣＶ面積増加量（Ａ・ｓｅｃ）と、ＸＲＤによる結晶子サイズＬｃ（ｎｍ）と、ＴＰＤによるＣＯ脱離量、ＣＯ２脱離量及び（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量と、ラマン分光法によるＩｖ／Ｉｇ比、Ｄバンド半値幅（ｃｍ－１）及びＧバンド半値幅（ｃｍ－１）と、ＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）と、を評価した結果を示す。
　図５に示すように、比較例１及び比較例３の炭素触媒は、耐久性試験開始時において、酸素還元開始電位ＥＯ２は０．８２７Ｖ～０．８２８Ｖであり、電流密度ｉ０．７は－１．７１～－１．７２であったが、耐久性試験において、その電流密度ｉ０．７維持率は８７．１％～８７．８％であり、ＣＶ面積増加量は６．３７×１０－５Ａ・ｓｅｃ～６．４２×１０－５Ａ・ｓｅｃであった。すなわち、比較例１及び比較例３の炭素触媒は、耐久性試験開始時の触媒活性は比較的高いが、耐久性が低かった。
　一方、比較例２及び比較例４の炭素触媒は、耐久性試験において、電流密度ｉ０．７維持率は９２．９％～９３．８％であり、ＣＶ面積増加量は５．８１×１０－５Ａ・ｓｅｃ～５．８７×１０－５Ａ・ｓｅｃであったが、耐久性試験開始時においては、酸素還元開始電位ＥＯ２が０．８０３Ｖ～０．８０４Ｖであり、電流密度ｉ０．７は－０．９５～－０．９７であった。すなわち、比較例２及び比較例４の炭素触媒は、耐久性は比較的高かったが、耐久性試験開始時の触媒活性が低かった。
　これに対し、実施例１～１７の炭素触媒は、耐久性試験開始時において、酸素還元開始電位ＥＯ２は０．８２６Ｖ～０．８３７Ｖ、及び電流密度ｉ０．７は－１．５７～－１．８０であった。さらに、実施例１～１７の炭素触媒は、耐久性試験において、その電流密度ｉ０．７維持率は９０．６％～９３．７％であり、ＣＶ面積増加量は４．７４×１０－５Ａ・ｓｅｃ～５．２５×１０－５Ａ・ｓｅｃであった。特に、実施例２～１７の炭素触媒は、耐久性試験において、その電流密度ｉ０．７維持率は９１．８％～９３．７％であり、ＣＶ面積増加量は４．７４×１０－５Ａ・ｓｅｃ～４．９６×１０－５Ａ・ｓｅｃであった。
　すなわち、実施例１～１７の炭素触媒は、優れた触媒活性及び優れた耐久性の両方の特性を有していた。特に、実施例２～実施例１７の炭素触媒は、耐久性において顕著に優れていた。
　また、比較例１及び比較例３の炭素触媒のＸＲＤによる結晶子サイズＬｃは１．０１ｎｍ以下であり、比較例２及び比較例４の炭素触媒のそれは１．２４ｎｍ以上であった。これに対し、実施例１～１７の炭素触媒のＸＲＤによる結晶子サイズＬｃは、０．９８ｎｍ～１．１３ｎｍであった。
　また、比較例１及び比較例３の炭素触媒のＴＰＤによるＣＯ脱離量は２１５０．０μｍоｌ／ｇ以上であり、比較例２及び比較例４の炭素触媒のそれは５５２．０μｍоｌ／ｇ以下であった。これに対し、実施例１～１７の炭素触媒のＴＰＤによるＣＯ脱離量は、５４２．５μｍоｌ／ｇ以下であった。
　また、比較例１及び比較例３の炭素触媒のＴＰＤによるＣＯ２脱離量は２００．０μｍоｌ／ｇ以上であり、比較例２及び比較例４の炭素触媒のそれは１０１．４μｍоｌ／ｇ以下であった。これに対し、実施例１～１７の炭素触媒のＴＰＤによるＣＯ２脱離量は、８５．２μｍоｌ／ｇ以下であり、実施例２～１７の炭素触媒のそれは、５４．０μｍоｌ／ｇ以下であった。
　また、比較例１及び比較例３の炭素触媒のＴＰＤによる（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量は２３５０．０μｍоｌ／ｇ以上であり、比較例２及び比較例４の炭素触媒のそれは６５３．４μｍоｌ／ｇ以下であった。これに対し、実施例１～１７の炭素触媒のＴＰＤによる（ＣＯ＋ＣＯ２）脱離量は、６１８．２μｍоｌ／ｇ以下であり、実施例２～１７の炭素触媒のそれは、５５１．７μｍоｌ／ｇ以下であった。
　また、比較例１～４の炭素触媒のラマンスペクトルにおけるＩｖ／Ｉｇ比は０．５０以上であった。これに対し、実施例１～１７の炭素触媒のラマンスペクトルにおけるＩｖ／Ｉｇ比は、０．３１～０．４８であった。
　また、比較例１～４の炭素触媒のラマンスペクトルにおけるＤバンド半値幅は１８０ｃｍ－１以上であった。これに対し、実施例１～１７の炭素触媒のラマンスペクトルにおけるＤバンド半値幅は、１７９以下であった。
　また、比較例１～４の炭素触媒のラマンスペクトルにおけるＧバンド半値幅は８１ｃｍ－１以上であった。これに対し、実施例１～１７の炭素触媒のラマンスペクトルにおけるＧバンド半値幅は、８０以下であった。
　また、比較例１～４の炭素触媒のＢＥＴ比表面積は、１３３２ｍ２／ｇ～１３７１ｍ２／ｇであった。これに対し、実施例１～１７の炭素触媒のＢＥＴ比表面積は、１２３２ｍ２／ｇ～１６８０ｍ２／ｇであった。
　また、図示はしていないが、炭素触媒１～１７の炭素触媒は、ＸＰＳによるＮ／Ｃ割合が２．０％以上であり、元素分析による窒素含有量が２．３重量％以上であり、最大粒子径が１０．０μｍ以下であり、平均粒子径が０．６０μｍ以下であった。
［亜鉛空気電池の製造］
　炭素触媒を含む触媒層が形成された電池電極を製造した。すなわち、まず上述の実施例２の炭素触媒０．２５ｇと、電解質溶液とをサンプル瓶に投入し、超音波バスで１０分間処理した。その後、ホモジナイザーで２５０００ｒｐｍ、１０分間撹拌し、さらに超音波ホモジナイザーで出力３０Ｗ、周波数２０ｋＨｚ、１０分間処理することで、均一に分散された炭素触媒を含むスラリー状の触媒層用組成物を得た。
　得られたスラリー状の触媒層用組成物を、ガス拡散層（“２９ＢＣ”、ＳＧＬカーボン社製）（３．０ｃｍ×３．０ｃｍ）の面積９ｃｍ２の領域上に、電池電極の単位面積あたりの炭素触媒の含有量が１．５ｍｇ／ｃｍ２になるように塗布して乾燥させることにより、当該ガス拡散層上に触媒層を形成した。こうして、炭素触媒を含む触媒層が形成された電池電極を得た。また、比較として、炭素触媒に代えて、高導電性カーボンブラック（ケッチェンブラック、ライオン株式会社製）を使用したこと以外は同様にして、電池電極を得た。
　次いで、上述のようにして得られた電池電極を含む亜鉛空気電池を製造した。すなわち、８ｃｍ×６ｃｍのサイズに切り出した２枚のアルミラミネート（大日本印刷株式会社製）を用意した。一方のアルミラミネートの一部を切り抜いて、正方形の窓部（２ｃｍ×２ｃｍ）を形成した。
　また、３ｃｍ×９ｃｍのサイズに切り出したニッケル板（株式会社ニラコ製、厚み０．１ｍｍ）を用意した。このニッケル板から２ｃｍ×６ｃｍのサイズの部分を切り落として、正方形状の基部（３ｃｍ×３ｃｍ）と、当該基部から延びる長方形状の端子部（１ｃｍ×６ｃｍ）とから構成されるＬ字状のニッケル板を得た。
　そして、このニッケル板の基部が上記一方のアルミラミネートの窓部から露出するよう、当該アルミラミネートに当該ニッケル板を重ねた。さらに、このニッケル板の基部のうち、アルミラミネートの窓部から露出した部分（２ｃｍ×２ｃｍ）に、空気取り込み穴として、規則的に配置された９つの穴（直径３ｍｍ）を形成した（３穴×３穴）。
　その後、ニッケル板の基部のアルミラミネートと反対側の表面と、上述のようにして得られた電池電極（３ｃｍ×３ｃｍ）のガス拡散層とが接するように、当該ニッケル板の基部に当該電池電極を重ねた。さらに、電池電極のニッケル板と反対側の表面（すなわち触媒層の表面）のうち、幅０．５ｃｍの枠状の外周部分から、その周囲のアルミラミネートに跨るように熱溶着テープ（大日本印刷株式会社製）を配置した。そして、この熱溶着テープの熱溶着によって、電池電極、ニッケル板、及びアルミラミネートを一体化し、正極（空気極）を得た。
　一方、３ｃｍ×９ｃｍのサイズに切り出した銅箔（宝泉株式会社製、厚み２０μｍ）から、上述のニッケル板と同様に、２ｃｍ×６ｃｍのサイズの部分を切り落として、正方形状の基部（３ｃｍ×３ｃｍ）と、当該基部から延びる長方形状の端子部（１ｃｍ×６ｃｍ）とから構成されるＬ字状の銅箔を得た。そして、この銅箔の基部と、３ｃｍ×３ｃｍのサイズに切り出した亜鉛板（株式会社ニラコ製、厚み０．５ｍｍ）とを超音波溶接機で溶接し、亜鉛負極を得た。
　その後、正極の触媒層の表面に、３ｃｍ×３ｃｍのサイズに切り出したセルロースセパレータ（ニッポン高度紙工業株式会社製、ＴＦ４０－５０）を重ねた。次いで、セルロースセパレータの正極と反対側の表面と、亜鉛負極の亜鉛板の表面とが接するように、当該セルロースセパレータに当該亜鉛負極を重ねた。このとき、ニッケル板の端子部と、銅箔の端子部とが重ならないよう、当該ニッケル板及び当該銅箔を配置した。
　さらに、亜鉛負極のセルロースセパレータと反対側の表面（すなわち、銅箔の表面）に、他方のアルミラミネート（８ｃｍ×６ｃｍ）を重ねた。次いで、重ねられた一対のアルミラミネートの４つの辺のうち３つを熱融着することで、１つの辺が開口した当該アルミラミネートの袋を形成した。
　すなわち、このアルミラミネートの袋の中には、窓部が形成された上記一方のアルミラミネートから、他方のアルミラミネートに向けて、Ｌ字状のニッケル板、電池電極のガス拡散層、当該電池電極の触媒層、セルロースセパレータ、亜鉛電極の亜鉛板、及び当該亜鉛電極のＬ字状の銅箔が、この順序で配置された。
　さらに、アルミラミネート袋の開口から、電解液として４ｍｏｌ／Ｌの水酸化カリウム（林純薬工業株式会社製）水溶液を注入した。最後に、アルミラミネート袋の開口を熱融着で閉じて、亜鉛空気電池セルを得た。なお、セルの外部に延びるニッケル板の端子部を正極端子、銅箔の端子部を負極端子として利用した。
［マグネシウム空気電池の製造］
　上述した亜鉛空気電極と同様にして、上述のようにして得られた電池電極を含むマグネシウム空気電池を製造した。すなわち、上述した亜鉛負極に代えて、正方形状の基部（３ｃｍ×３ｃｍ）と、当該基部から延びる長方形状の端子部（１ｃｍ×６ｃｍ）とから構成されるＬ字状のマグネシウム合金板を、マグネシウム負極として使用して、窓部が形成された一方のアルミラミネートから、他方のアルミラミネートに向けて、Ｌ字状のニッケル板、電池電極のガス拡散層、当該電池電極の触媒層、セルロースセパレータ、及び当該マグネシウム負極が、この順序でされ、１つの辺が開口したアルミラミネートの袋を形成した。
　そして、アルミラミネート袋の開口から、電解液として４ｍｏｌ／Ｌの塩化ナトリウム（関東化学工業株式会社製）水溶液を注入した。最後に、アルミラミネート袋の開口を熱融着で閉じて、マグネシウム空気電池セルを得た。なお、セルの外部に延びるニッケル板の端子部を正極端子、マグネシウム合金板の端子部を負極端子として利用した。
［空気電池の特性評価］
　上述のようにして製造した亜鉛空気電池及びマグネシウム空気電池の最大出力密度を、充放電装置（北斗電工株式会社製、ＨＪ０５０５　ＳＭ８Ａ）を用いて、セル電圧０．５Ｖをカットオフ電圧として測定した。
　図６には、亜鉛空気電池及びマグネシウム空気電池のそれぞれについて、その正極及び負極の構成と、最大出力密度（ｍＷ／ｃｍ２）を測定した結果とを示す。図６に示すように、亜鉛空気電池及びマグネシウム空気電池のいずれについても、炭素触媒を含む正極を有する空気電池において、カーボンブラックを含む正極を有する空気電池に比べて顕著に高い最大出力密度が得られた。すなわち、炭素触媒は、空気電池において優れた触媒活性を示すことが確認された。
　また、亜鉛空気電池及びマグネシウム空気電池の耐久性を評価した。すなわち、まず上述のようにして製造した空気電池の出力特性試験を行った。次いで、１０ｍＡ／ｃｍ２の電流値で、理論値の３０％まで定電流放電を行った。その後、再び出力特性試験を行った。そして、定電流放電後の出力値を、当該定電流放電前の出力値で除して得られた値に１００を乗じることにより、出力維持率（％）を算出した。
　図７には、亜鉛空気電池及びマグネシウム空気電池のそれぞれについて、その正極及び負極の構成と、出力維持率（％）を測定した結果とを示す。図７に示すように、亜鉛空気電池及びマグネシウム空気電池のいずれについても、炭素触媒を含む正極を有する空気電池において、カーボンブラックを含む正極を有する空気電池に比べて顕著に高い出力維持率が得られた。すなわち、炭素触媒は、空気電池において優れた耐久性を示すことが確認された。

 

Claims (18)

  1. 　ＣｕＫα線による粉末Ｘ線回折のＸ線回折図形において回折角２θが２６°付近の回折ピークを分離することで得られる回折角２θが２４．０°±４．０°の回折ピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を用いて算出される結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までの二酸化炭素脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までの二酸化炭素脱離量９７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む、炭素触媒。
  2. 　ＣｕＫα線による粉末Ｘ線回折のＸ線回折図形において回折角２θが２６°付近の回折ピークを分離することで得られる回折角２θが２４．０°±４．０°の回折ピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を用いて算出される結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量及び二酸化炭素脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量と二酸化炭素脱離量との合計６４７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む、炭素触媒。
  3. 　２５℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量及び二酸化炭素脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量と二酸化炭素脱離量との合計６４７μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む、請求項１に記載の炭素触媒。
  4. 　ＣｕＫα線による粉末Ｘ線回折のＸ線回折図形において回折角２θが２６°付近の回折ピークを分離することで得られる回折角２θが２４．０°±４．０°の回折ピークｆｂｒｏａｄのブラッグ角を用いて算出される結晶子サイズＬｃが０．８０ｎｍ以上、１．２０ｎｍ以下の範囲内であり、２５℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量５４９μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む、炭素触媒。
  5. 　２５℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量を測定する昇温脱離法において、６５０℃から１２００℃までの一酸化炭素脱離量５４９μｍｏｌ／ｇ以下を示す炭素構造を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の炭素触媒。
  6. 　ラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１５８０ｃｍ－１付近のＧバンドの強度に対する、前記Ｇバンドと１３６０ｃｍ－１付近のＤバンドとの間の最小強度の比０．３０以上、０．４９以下を示す炭素構造を含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の炭素触媒。
  7. 　ラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１３６０ｃｍ－１付近のＤバンドの半値幅１７９ｃｍ－１以下を示す炭素構造を含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の炭素触媒。
  8. 　ラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおいて、１５８０ｃｍ－１付近のＧバンドの半値幅８０ｃｍ－１以下を示す炭素構造を含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の炭素触媒。
  9. 　金属を含む、請求項１乃至８のいずれかに記載の炭素触媒。
  10. 　ＢＥＴ法で測定される比表面積が８００ｍ２／ｇ以上である炭素構造を含む、請求項１乃至９のいずれかに記載の炭素触媒。
  11. 　Ｘ線光電子分光法で測定される炭素原子濃度に対する窒素原子濃度の割合２．０％以上を示す炭素構造を含む、請求項１乃至１０のいずれかに記載の炭素触媒。
  12. 　燃焼法による元素分析で測定される窒素原子含有量１．５重量％以上を示す炭素構造を含む、請求項１乃至１１のいずれかに記載の炭素触媒。
  13. 　前記炭素触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて電位を掃引印加して得られる酸素還元ボルタモグラムにおいて、－１０μＡ／ｃｍ２の還元電流が流れる時の電圧０．８１０Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）以上を示す、請求項１乃至１２のいずれかに記載の炭素触媒。
  14. 　前記炭素触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて電位を掃引印加して得られる酸素還元ボルタモグラムにおいて、０．７Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）の電圧を印加した時の電流密度－１．０ｍＡ／ｃｍ２以下を示す、請求項１乃至１３のいずれかに記載の炭素触媒。
  15. 　前記炭素触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて１．２Ｖ（ｖｓ.ＲＨＥ）の電圧を印加した状態を１０分保持する耐久性試験の開始時点及び終了時点のそれぞれで、前記回転ディスク電極装置を用いて０．０Ｖから１．０Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）までの範囲で電位を５サイクル掃引印加して得られる５サイクル目のボルタモグラムにおいて、１．０Ｖから０．０Ｖへの電位掃引印加時の曲線と、０．０Ｖから１．０Ｖへの電位掃引印加時の曲線とで囲まれた領域の面積について、前記耐久性試験開始時の前記面積から、前記耐久試験終了時の前記面積を減じて得られる面積増加量５．７０×１０－５Ａ・ｓｅｃ以下を示す、請求項１乃至１４のいずれかに記載の炭素触媒。
  16. 　前記炭素触媒を含む作用電極を有する回転ディスク電極装置を用いて１．２Ｖ（ｖｓ.ＲＨＥ）の電圧を印加した状態を１０分保持する耐久性試験の開始時点及び終了時点のそれぞれで、前記回転ディスク電極装置を用いて電位を掃引印加して得られる酸素還元ボルタモグラムにおける０．７Ｖ（ｖｓ.ＮＨＥ）の電圧を印加した時の電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）について、前記耐久試験終了時の前記電流密度を、前記耐久性試験開始時の前記電流密度で除した値に１００を乗ずることにより得られる電流密度維持率８８．０％以上を示す、請求項１乃至１５のいずれかに記載の炭素触媒。
  17. 　請求項１乃至１６に記載の炭素触媒を含む、電池電極。
  18. 　請求項１７に記載の電池電極を含む、電池。

     
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